JP6990532B2 - Air electrode and metal-air battery - Google Patents

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Description

本発明は、集電体、空気極、及び金属空気電池に関する。 The present invention relates to a current collector, an air electrode, and a metal-air battery.

空気極(正極)は空気を取り込む必要があるため、空気極の集電体は、多孔質材で形成されることが好ましい。従来において、金属空気電池の空気極(正極)の集電体には、例えば、金網、パンチングメタル箔、或いは発泡金属等が用いられる(下記の特許文献1及び特許文献2を参照)。そして、集電体に触媒層が重ねられて、空気極が形成される。 Since the air electrode (positive electrode) needs to take in air, the current collector of the air electrode is preferably formed of a porous material. Conventionally, for example, a wire mesh, a punching metal foil, a foamed metal, or the like has been used as a current collector for the air electrode (positive electrode) of a metal-air battery (see Patent Documents 1 and 2 below). Then, the catalyst layer is superposed on the current collector to form an air electrode.

触媒層がシートであるとき、触媒層と集電体とを密着させるには、触媒層と集電体との間に導電性接着剤を介在させるか、或いは、集電体の両面から触媒層を挟んで、リベット効果で保持することが必要である。 When the catalyst layer is a sheet, in order to bring the catalyst layer and the current collector into close contact with each other, a conductive adhesive is interposed between the catalyst layer and the current collector, or the catalyst layer is formed from both sides of the current collector. It is necessary to hold it by the rivet effect.

特開2016-146257号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-146257 特開2016-192380号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-192380

しかしながら、導電性接着剤を塗布して集電体と触媒層とを密着させる構造では、導電性接着剤を、適切に、多孔質の集電体の表面に塗布することができない。したがって、導電性接着剤の塗布に手間がかかり、また、集電体と触媒層とを強固に固定することができない等の問題がある。 However, in the structure in which the conductive adhesive is applied to bring the current collector and the catalyst layer into close contact with each other, the conductive adhesive cannot be appropriately applied to the surface of the porous current collector. Therefore, it takes time and effort to apply the conductive adhesive, and there is a problem that the current collector and the catalyst layer cannot be firmly fixed.

また、集電体の両面から触媒層を挟んで集電体と触媒層とを密着させる構造では、電池反応に寄与しない面にも触媒層を設けることにより、無駄な費用がかかる。また、集電体の両面を触媒層にて挟むことで、集電体を多孔質材として空気を取り込む効果が小さくなり、良好な電池反応を得ることができない。 Further, in the structure in which the current collector and the catalyst layer are brought into close contact with each other by sandwiching the catalyst layer from both sides of the current collector, a wasteful cost is required by providing the catalyst layer on the surface that does not contribute to the battery reaction. Further, by sandwiching both sides of the current collector with the catalyst layer, the effect of taking in air by using the current collector as a porous material is reduced, and a good battery reaction cannot be obtained.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、従来に比べて、容易に触媒層を密着させることが可能な集電体、該集電体を用いた空気極、及び該空気極を用いた金属空気電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and uses a current collector capable of easily adhering the catalyst layer, an air electrode using the current collector, and the air electrode as compared with the conventional case. The purpose is to provide a metal-air battery that has been used.

本発明の空気極は、金属の線材と、熱可塑性樹脂の線材とが織り込まれて成る集電体と、前記集電体の一方の面に直接融着された触媒層と、を有することを特徴とする。 The air electrode of the present invention has a current collector in which a metal wire rod and a thermoplastic resin wire rod are woven , and a catalyst layer directly fused to one surface of the current collector. It is characterized by.

また、本発明の空気極は、金属の線材と、熱可塑性樹脂の線材とを用いて、メッシュ状に形成されてなる集電体と、前記集電体の一方の面に直接融着された触媒層と、を有することを特徴とする。 Further, the air electrode of the present invention is directly fused to one surface of the current collector formed in a mesh shape by using a metal wire and a thermoplastic resin wire. It is characterized by having a catalyst layer .

本発明では、織機により線材を複数の異なる方向に織り込んでなり、一以上の方向に織り込まれた線材が前記熱可塑性樹脂、或いは、前記熱可塑性樹脂の線材と前記金属の線材とを混在させてなり、残りの方向に織り込まれた線材が前記金属、或いは、前記金属の線材と前記熱可塑性樹脂の線材とを混在させてなることが好ましい。 In the present invention, the wire is woven in a plurality of different directions by a weaving machine, and the wire woven in one or more directions is the thermoplastic resin, or the thermoplastic resin wire and the metal wire are mixed. Therefore, it is preferable that the wire rod woven in the remaining direction is the metal, or the wire rod of the metal and the wire rod of the thermoplastic resin are mixed.

本発明では、織機により縦方向の線材と横方向の線材とを織り込んでなり、前記縦方向の線材が前記熱可塑性樹脂であり、前記横方向の線材が前記金属であることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the vertical wire and the horizontal wire are woven by a loom, the vertical wire is the thermoplastic resin, and the horizontal wire is the metal.

本発明では、前記金属の線径は、150μm以上であることが好ましい。また、本発明では、前記集電体は、30メッシュ以上であることが好ましい。 In the present invention, the wire diameter of the metal is preferably 150 μm or more. Further, in the present invention, the current collector is preferably 30 mesh or more.

また、本発明の金属空気電池は、上記に記載の空気極と、前記空気極に対向配置される金属極と、を有することを特徴とする。 Further, the metal-air battery of the present invention is characterized by having an air electrode described above and a metal electrode arranged to face the air electrode.

本発明の集電体によれば、導電性接着剤を用いることなく、また、触媒層を両側から挟み込むことなく、容易に、触媒層を密着させることができる。 According to the current collector of the present invention, the catalyst layer can be easily brought into close contact without using a conductive adhesive and without sandwiching the catalyst layer from both sides.

また、本発明の空気極によれば、触媒層を集電体に直接融着させて保持することができる。 Further, according to the air electrode of the present invention, the catalyst layer can be directly fused and held to the current collector.

本実施形態の集電体の部分平面図である。It is a partial plan view of the current collector of this embodiment. 本実施形態の空気極の断面図である。It is sectional drawing of the air electrode of this embodiment. 本実施形態の金属空気電池の断面図である。It is sectional drawing of the metal-air battery of this embodiment. 触媒層に面していた部分と、触媒層と面していなかった部分との集電体の表面の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the surface of the current collector of the part which faced a catalyst layer, and the part which did not face a catalyst layer. 図4の模式図である。It is a schematic diagram of FIG. メッシュ本数と電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of meshes and a voltage.

以下、本発明の一実施の形態(以下、「本実施形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter, abbreviated as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented within the scope of the gist thereof.

(集電体)
図1は、本実施形態の集電体の部分平面図である。図1に示すように、集電体1は、金属の線材2と、熱可塑性樹脂の線材3とが織り込まれてなる。また、本実施形態の集電体1は、金属の線材2と、熱可塑性樹脂の線材3とを用いて、メッシュ状(網構造)に形成されている。したがって、集電体1には、多数の貫通した孔1aが設けられている。
(Current collector)
FIG. 1 is a partial plan view of the current collector of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the current collector 1 is formed by weaving a metal wire 2 and a thermoplastic resin wire 3. Further, the current collector 1 of the present embodiment is formed in a mesh shape (net structure) by using a metal wire rod 2 and a thermoplastic resin wire rod 3. Therefore, the current collector 1 is provided with a large number of through holes 1a.

本実施形態の集電体1は、例えば、自動織機により、縦方向(Y方向)の線材と横方向(X方向)の線材とを織り込んでメッシュ状に形成されている。ここで、縦方向と横方向は、略直交関係にある。なお、集電体1は、2軸織りに限定されず、3軸織り以上の多軸織りであってもよいが、以下では、代表して2軸織りの構造を用いて説明する。 The current collector 1 of the present embodiment is formed in a mesh shape by weaving a wire rod in the vertical direction (Y direction) and a wire rod in the horizontal direction (X direction) by, for example, an automatic loom. Here, the vertical direction and the horizontal direction are in a substantially orthogonal relationship. The current collector 1 is not limited to the biaxial weaving, and may be a multiaxial weaving having a triaxial weaving or more. However, in the following, a biaxial weaving structure will be used as a representative.

図1に示すように、縦方向(Y方向)の線材が、熱可塑性樹脂の線材3であり、横方向(X方向)の線材が、金属の線材2であることが好ましい。 As shown in FIG. 1, it is preferable that the wire rod in the vertical direction (Y direction) is the wire rod 3 of the thermoplastic resin, and the wire rod in the horizontal direction (X direction) is the wire rod 2 of metal.

集電体1に用いる金属の材質は、限定されるものではなく公知の材質を適用することができるが、例を挙げると、ステンレス鋼、ニッケル、銅、アルミ、タングステン、チタン、銀、及び金等から1種以上を選択できる。このうち、防錆や生産コストの観点から、ステンレス鋼、ニッケル、銅、アルミを選択することが好ましい。更に、金属の線材2の表面には、メッキが施されていることが好ましい。例えば、スズメッキ、ニッケルメッキを選択することができる。 The material of the metal used for the current collector 1 is not limited, and known materials can be applied. For example, stainless steel, nickel, copper, aluminum, tungsten, titanium, silver, and gold can be applied. You can select one or more types from the above. Of these, stainless steel, nickel, copper, and aluminum are preferably selected from the viewpoint of rust prevention and production cost. Further, it is preferable that the surface of the metal wire 2 is plated. For example, tin plating or nickel plating can be selected.

また、集電体1に用いる熱可塑性樹脂の材質は、限定されるものではなく公知の材質を適用することができるが、例を挙げると、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、塩化ビニリデン(PVDC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、四フッ化エチレン(PTFE)、塩化ビニル(PVC)、酢酸ビニル(PVAC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリスチレン(PS)、ABS、ポリウレタン(PUR)等から1種以上を選択することができる。このうち、汎用性及び密着性の観点から、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートを選択することが好ましい。 The material of the thermoplastic resin used for the current collector 1 is not limited, and known materials can be applied. For example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyamide (PA). ), Polycarbonate (PC), Polyacetal (POM), Polyphenylene sulfide (PPS), Vinylidene chloride (PVDC), Polyethylene terephthalate (PET), Ethylene tetrafluoride (PTFE), Vinyl chloride (PVC), Vinyl acetate (PVAC), One or more can be selected from polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS), ABS, polyurethane (PUR) and the like. Of these, polyethylene, polyamide, and polyethylene terephthalate are preferably selected from the viewpoint of versatility and adhesion.

従来では、例えば、図1に示す縦方向及び横方向の線材2、3が金属からなる金網を集電体として使用していた。しかしながら、かかる集電体の構成では、例えば、集電体の両側からシート状の触媒層を挟み込み、リベット効果により、触媒層を保持する必要があった。或いは、パンチングメタル箔や発泡金属からなる集電体を用いた場合では、例えば、導電性接着剤を、集電体の表面に塗布したうえで、触媒層を保持する必要があった。このように、従来では、集電体の片面に直接、触媒層を保持することが困難であった。 Conventionally, for example, a wire mesh in which the wires 2 and 3 in the vertical and horizontal directions shown in FIG. 1 are made of metal has been used as a current collector. However, in the configuration of the current collector, for example, it is necessary to sandwich the sheet-shaped catalyst layer from both sides of the current collector and hold the catalyst layer by the rivet effect. Alternatively, when a current collector made of a punching metal foil or a foamed metal is used, for example, it is necessary to apply a conductive adhesive to the surface of the current collector and then hold the catalyst layer. As described above, conventionally, it has been difficult to directly hold the catalyst layer on one side of the current collector.

これに対し、本実施形態の集電体1では、熱可塑性樹脂の線材と、金属の線材とが織り込まれている。具体的には、織機により線材を複数の異なる方向に織り込んでなり、一以上の方向に織り込まれた線材が熱可塑性樹脂、或いは、熱可塑性樹脂の線材と金属の線材とを混在させて構成される。また、残りの方向に織り込まれた線材が金属、或いは、金属の線材と熱可塑性樹脂の線材とを混在させて構成される。好ましくは、織機により、縦方向(Y方向)の線材3と横方向(X方向)の線材2とを織り込んでなり、横方向の線材2を金属とし、縦方向の線材3を熱可塑性樹脂とした。これにより、例えば、シート状の触媒層を集電体1の片面にのみ配置し熱プレスすることで、熱可塑性樹脂と触媒層とを熱融着させ密着させることができる。 On the other hand, in the current collector 1 of the present embodiment, a wire rod made of a thermoplastic resin and a wire rod made of metal are woven. Specifically, the wire is woven in a plurality of different directions by a loom, and the wire woven in one or more directions is composed of a thermoplastic resin or a mixture of a thermoplastic resin wire and a metal wire. To. Further, the wire rod woven in the remaining direction is made of metal or a mixture of a metal wire rod and a thermoplastic resin wire rod. Preferably, the wire rod 3 in the vertical direction (Y direction) and the wire rod 2 in the horizontal direction (X direction) are woven by a loom, the wire rod 2 in the horizontal direction is made of metal, and the wire rod 3 in the vertical direction is made of a thermoplastic resin. did. Thereby, for example, by arranging the sheet-shaped catalyst layer only on one side of the current collector 1 and heat-pressing, the thermoplastic resin and the catalyst layer can be heat-sealed and brought into close contact with each other.

以上により、本実施形態の集電体1によれば、触媒層を保持するにあたり、従来のように、導電性接着剤が必要なく、また、集電体の両側を触媒層で挟み込む必要もない。したがって、従来に比べて、集電体1と触媒層とを容易に密着させることができる。 As described above, according to the current collector 1 of the present embodiment, in holding the catalyst layer, a conductive adhesive is not required as in the conventional case, and it is not necessary to sandwich both sides of the current collector with the catalyst layers. .. Therefore, the current collector 1 and the catalyst layer can be easily brought into close contact with each other as compared with the conventional case.

本実施形態では、金属の線材及び熱可塑性樹脂の線材をランダムに配置する形態も本実施形態の一つである。集電体としては、例えば、2軸織りの場合、横方向(X方向)のみならず縦方向(Y方向)にも金属の線材が配置されることが好ましい。ただし、自動織機による円滑な織り込み性を確保するには、2軸織りでは、縦方向(Y方向)の線材3を全て熱可塑性樹脂とし、横方向(X方向)の線材2を全て金属とすることが好ましい。 In the present embodiment, a form in which a metal wire and a thermoplastic resin wire are randomly arranged is also one of the present embodiments. As the current collector, for example, in the case of biaxial weaving, it is preferable that the metal wire is arranged not only in the horizontal direction (X direction) but also in the vertical direction (Y direction). However, in order to ensure smooth weaving by an automatic weaving machine, in biaxial weaving, all the wire rods 3 in the vertical direction (Y direction) are made of thermoplastic resin, and all the wire rods 2 in the horizontal direction (X direction) are made of metal. Is preferable.

また、本実施形態では、金属の線径は、150μm以上であることが好ましい。金属の線径を150μm以上とすることで、集電体及び空気極の変形を抑制でき、集電体1をシート状に適切に保つことができる。すなわち、金属の線径があまり細いと、集電体に空気極を重ねて熱プレスした際に、変形(カール)度合が大きくなることがわかっている。したがって、変形を抑えるには、金属の線径をある程度確保することが必要である。後述する実験により、金属の線径を、150μm以上に設定した。これにより、集電体1を取扱いやすく、空気極として適切に使用することができる。また、金属の線径は、350μm以下であることが好ましい。これにより、自動織機により、金属の線材と、熱可塑性樹脂の線材とを織り込みやすくなる。また、集電体1として適度な柔軟性を保つことができるため、シート状の触媒層と、集電体1の金属との接触面積を適度な大きさに保つことができる。本実施形態では、金属の線径は、160μm以上320μm以下であることがより好ましく、250μm以上320μm以下であることが更に好ましい。 Further, in the present embodiment, the wire diameter of the metal is preferably 150 μm or more. By setting the wire diameter of the metal to 150 μm or more, deformation of the current collector and the air electrode can be suppressed, and the current collector 1 can be appropriately kept in a sheet shape. That is, it is known that if the wire diameter of the metal is too small, the degree of deformation (curl) becomes large when the air electrode is placed on the current collector and hot-pressed. Therefore, in order to suppress deformation, it is necessary to secure a certain amount of metal wire diameter. By the experiment described later, the wire diameter of the metal was set to 150 μm or more. As a result, the current collector 1 can be easily handled and can be appropriately used as an air electrode. The wire diameter of the metal is preferably 350 μm or less. This makes it easier for the automatic loom to weave the metal wire and the thermoplastic resin wire. Further, since the current collector 1 can maintain an appropriate flexibility, the contact area between the sheet-shaped catalyst layer and the metal of the current collector 1 can be maintained at an appropriate size. In the present embodiment, the wire diameter of the metal is more preferably 160 μm or more and 320 μm or less, and further preferably 250 μm or more and 320 μm or less.

なお、熱可塑性樹脂の線径は、触媒層と融着することができれば、特に限定されるものではないが、例えば、熱可塑性樹脂の線径は、100μm以上400μm以下である。 The wire diameter of the thermoplastic resin is not particularly limited as long as it can be fused with the catalyst layer, but for example, the wire diameter of the thermoplastic resin is 100 μm or more and 400 μm or less.

また、集電体1は、30メッシュ以上であることが好ましい。ここで、「30メッシュ」とは、1インチ当たりのメッシュ数が30であることを指す。このように、メッシュ数を30以上とすることで、集電効果を向上させることができる。後述する実験結果に示すように、電流密度が0.025A/cmのとき、1V以上の電圧で評価される。すなわち、1V以上の電圧を有することで、集電体1として適切に機能し、集電体1を空気極として用いた金属空気電池の性能を効果的に向上させることができる。そして、30メッシュ以上とすることで、電流密度が0.025A/cmのとき、1V以上の電圧を得ることが可能になる。 Further, the current collector 1 is preferably 30 mesh or more. Here, "30 meshes" means that the number of meshes per inch is 30. In this way, by setting the number of meshes to 30 or more, the current collecting effect can be improved. As shown in the experimental results described later, when the current density is 0.025 A / cm 2 , it is evaluated at a voltage of 1 V or more. That is, by having a voltage of 1 V or more, it functions appropriately as a current collector 1, and the performance of a metal-air battery using the current collector 1 as an air electrode can be effectively improved. By setting the mesh to 30 mesh or more, it is possible to obtain a voltage of 1 V or more when the current density is 0.025 A / cm 2 .

本実施形態では、金属の線径が、150μm以上であること、及び、集電体1が、30メッシュ以上であること、の少なくとも一方の条件を満たすことが好ましいが、両方の条件を満たすことがより好ましい。また、これら条件は、2軸織り構造のみならず、3軸以上の多軸織り構造にも好ましく適用される。 In the present embodiment, it is preferable that at least one of the conditions that the wire diameter of the metal is 150 μm or more and that the current collector 1 is 30 mesh or more is satisfied, but both conditions are satisfied. Is more preferable. Further, these conditions are preferably applied not only to the biaxial weaving structure but also to the multiaxial weaving structure having three or more axes.

(空気極)
図2は、本実施形態の空気極の断面図である。図2に示すように、空気極(正極)10は、集電体1と、集電体1の一方の面1bに形成された触媒層11と、を有して構成される。
(Air pole)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the air electrode of the present embodiment. As shown in FIG. 2, the air electrode (positive electrode) 10 includes a current collector 1 and a catalyst layer 11 formed on one surface 1b of the current collector 1.

本実施形態における空気極10は、集電体1と触媒層11とを熱プレスすることで得られる。本実施形態では、熱プレスにより、集電体1の熱可塑性樹脂と、触媒層11とを直接融着させることができる。これにより、集電体1と触媒層11とを容易に密着させることができる。ここで、熱プレスした本実施形態における集電体1と触媒層11との密着性は、パンチングメタル箔や発泡金属に導電性接着剤を介して触媒層を保持した従来の空気極とほぼ同等の密着性であることがわかった。 The air electrode 10 in the present embodiment is obtained by hot-pressing the current collector 1 and the catalyst layer 11. In the present embodiment, the thermoplastic resin of the current collector 1 and the catalyst layer 11 can be directly fused by the heat press. As a result, the current collector 1 and the catalyst layer 11 can be easily brought into close contact with each other. Here, the adhesion between the current collector 1 and the catalyst layer 11 in the present embodiment that has been hot-pressed is substantially the same as that of a conventional air electrode that holds the catalyst layer on a punching metal foil or foamed metal via a conductive adhesive. It turned out to be the adhesion of.

また、本実施形態において、集電体1と触媒層11とを熱プレスする際の熱処理温度は、熱可塑性樹脂や触媒層11に含まれるバインダ樹脂の軟化点や、ガラス転移点等により適度に調整される。ただし、熱処理温度は、200℃程度以下で調整されることが好ましい。熱処理温度があまり高くならないようにすることで、変形しにくくでき、また、集電体の特性劣化を抑制できる。 Further, in the present embodiment, the heat treatment temperature when the current collector 1 and the catalyst layer 11 are hot-pressed is appropriately determined by the softening point of the thermoplastic resin and the binder resin contained in the catalyst layer 11, the glass transition point, and the like. It will be adjusted. However, the heat treatment temperature is preferably adjusted to about 200 ° C. or lower. By preventing the heat treatment temperature from becoming too high, it is possible to prevent deformation and suppress deterioration of the characteristics of the current collector.

図2では、触媒層11が、集電体1の一方の面1bの全域に形成されているが、触媒層11の面積は、集電体1の面積より小さくてもよい。例えば、触媒層11は、集電体1の一方の面1bの外周を除く略中央部に形成される。 In FIG. 2, the catalyst layer 11 is formed over the entire area of one surface 1b of the current collector 1, but the area of the catalyst layer 11 may be smaller than the area of the current collector 1. For example, the catalyst layer 11 is formed in a substantially central portion excluding the outer periphery of one surface 1b of the current collector 1.

触媒層11の材質を特に限定するものではないが、例えば、反応を促進させる触媒とバインダ樹脂との混合材で形成される。触媒には、カーボン等の炭素材料や、銅やアルミ等の金属材料を用いることができる。また、バインダ樹脂には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)やポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。 The material of the catalyst layer 11 is not particularly limited, but is formed of, for example, a mixture of a catalyst that promotes the reaction and a binder resin. As the catalyst, a carbon material such as carbon or a metal material such as copper or aluminum can be used. Further, it is preferable to use a thermoplastic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyethylene as the binder resin.

(金属空気電池)
図3は、本実施形態の金属空気電池の断面図である。図3に示すように、金属空気電池20は、例えば、両側に配置された一対の空気極10と、空気極10の内側に配置された金属極21とを備える。空気極10及び金属極21は、ケース22に固定支持される。空気極10は、例えば、ケース22の側面にて、ケース22の外部及びケース22の内部に、夫々、露出するように配置される。これにより、空気極10は、空気に曝された状態にて配置される。また、金属極21は、ケース22内に配置され、ケース22内にて、空気極10と金属極21とが対向配置される。そして、ケース22内に電解液23が供給されると発電を開始する。
(Metal-air battery)
FIG. 3 is a cross-sectional view of the metal-air battery of the present embodiment. As shown in FIG. 3, the metal-air battery 20 includes, for example, a pair of air poles 10 arranged on both sides and a metal pole 21 arranged inside the air pole 10. The air pole 10 and the metal pole 21 are fixedly supported by the case 22. The air pole 10 is arranged so as to be exposed on the side surface of the case 22, for example, on the outside of the case 22 and inside the case 22. As a result, the air electrode 10 is arranged in a state of being exposed to air. Further, the metal pole 21 is arranged in the case 22, and the air pole 10 and the metal pole 21 are arranged to face each other in the case 22. Then, when the electrolytic solution 23 is supplied into the case 22, power generation is started.

金属極21の材質は、特に限定されるものでないが、例えば、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄等が挙げられる。特に好ましくはマグネシウムである。また、図3では、空気極10が複数配置されているが、1つでもよい。空気極10は、図2に示す触媒層11が電解液23と接する側に、集電体1が外部(空気)と接する側に配置される。 The material of the metal electrode 21 is not particularly limited, and examples thereof include magnesium, aluminum, zinc, and iron. Particularly preferred is magnesium. Further, in FIG. 3, a plurality of air electrodes 10 are arranged, but one may be used. The air electrode 10 is arranged on the side where the catalyst layer 11 shown in FIG. 2 is in contact with the electrolytic solution 23 and on the side where the current collector 1 is in contact with the outside (air).

以下、実施例により本実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to Examples. The present embodiment is not limited to the following examples.

(熱プレス後における密着性の観察)
実験では、横方向の線材が金属で形成され、縦方向の線材が熱可塑性樹脂で形成された図1に示す集電体の表面に、シート状の触媒層を熱プレスして密着させた。このとき、触媒層は、集電体よりも小さい面積であった。なお、熱プレスの条件は、170℃で1分間とした。
(Observation of adhesion after hot pressing)
In the experiment, a sheet-shaped catalyst layer was hot-pressed and brought into close contact with the surface of the current collector shown in FIG. 1, in which the horizontal wire was formed of metal and the vertical wire was made of thermoplastic resin. At this time, the area of the catalyst layer was smaller than that of the current collector. The conditions for hot pressing were 170 ° C. for 1 minute.

続いて、触媒層を集電体から剥がして、触媒層と面していた部分と、触媒層と面していなかった部分との状態を調べた。 Subsequently, the catalyst layer was peeled off from the current collector, and the state of the portion facing the catalyst layer and the portion not facing the catalyst layer was examined.

図4は、触媒層に面していた部分と、触媒層と面していなかった部分との集電体の表面の状態を示す写真である。図5は、図4の模式図である。 FIG. 4 is a photograph showing the state of the surface of the current collector between the portion facing the catalyst layer and the portion not facing the catalyst layer. FIG. 5 is a schematic diagram of FIG.

図4、図5に示すように、触媒層に面した部分では、熱可塑性樹脂からなる線材上に触媒層が付着して残っていることがわかった。これにより、熱可塑性樹脂と触媒層とが熱融着して密着していたことがわかった。一方、触媒層と面していなかった部分については、熱可塑性樹脂からなる線材がそのまま残っていることがわかった。 As shown in FIGS. 4 and 5, it was found that the catalyst layer remained attached to the wire rod made of the thermoplastic resin in the portion facing the catalyst layer. As a result, it was found that the thermoplastic resin and the catalyst layer were heat-sealed and adhered to each other. On the other hand, it was found that the wire rod made of thermoplastic resin remained as it was in the portion not facing the catalyst layer.

(集電体の性能評価)
実験では、横方向の線材が金属で形成され、縦方向の線材が熱可塑性樹脂で形成された図1に示す集電体の表面に、シート状の触媒層を熱プレスして密着させた。なお、熱プレスの条件は、170℃で1分間とした。
(Performance evaluation of current collector)
In the experiment, a sheet-shaped catalyst layer was hot-pressed and brought into close contact with the surface of the current collector shown in FIG. 1, in which the horizontal wire was formed of metal and the vertical wire was made of thermoplastic resin. The conditions for hot pressing were 170 ° C. for 1 minute.

集電方法は、銅板を集電体に押し当てて行った。実験では、表1に示す集電体を用いた。 The current collecting method was performed by pressing a copper plate against the current collector. In the experiment, the current collector shown in Table 1 was used.

Figure 0006990532000001
Figure 0006990532000001

実験では、電流-電圧特性試験を行い、電流密度が0.025A/cmの時の、メッシュ本数と電圧との関係について測定した。なお、電圧測定は、各集電体に対して2回を行い、平均値を求めた。実験結果が、図6に示されている。また、表2には、メッシュ本数と電圧との関係をまとめて記載した。 In the experiment, a current-voltage characteristic test was performed, and the relationship between the number of meshes and the voltage was measured when the current density was 0.025 A / cm 2 . The voltage was measured twice for each current collector, and the average value was obtained. The experimental results are shown in FIG. In addition, Table 2 summarizes the relationship between the number of meshes and the voltage.

Figure 0006990532000002
Figure 0006990532000002

図6は、メッシュ本数と電圧との関係を示すグラフである。電流密度が0.025A/cmであるとき、電圧は、1V以上であることが集電体として機能させるうえで必要とされる。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of meshes and the voltage. When the current density is 0.025 A / cm 2 , the voltage is required to be 1 V or more in order to function as a current collector.

図6に示すように、メッシュ本数が30を下回ると、電圧が1Vを下回ることがわかった。以上により、本実施例では、30メッシュ以上が好ましいと設定した。 As shown in FIG. 6, it was found that when the number of meshes was less than 30, the voltage was less than 1V. Based on the above, in this embodiment, it is set that 30 mesh or more is preferable.

本発明の集電体によれば、触媒層を直接融着して密着させることができる。本発明の集電体に触媒層を密着させた電極を、金属空気電池の空気極として用いることが可能である。 According to the current collector of the present invention, the catalyst layer can be directly fused and brought into close contact with each other. The electrode in which the catalyst layer is brought into close contact with the current collector of the present invention can be used as an air electrode of a metal-air battery.

1 集電体
2、3 線材
10 空気極
11 触媒層
20 金属空気電池
21 金属極
22 ケース
23 電解液
1 Current collectors 2, 3 Wires 10 Air poles 11 Catalyst layer 20 Metal-air batteries 21 Metal poles 22 Case 23 Electrolyte

Claims (7)

金属の線材と、熱可塑性樹脂の線材とが織り込まれて成る集電体と、前記集電体の一方の面に直接融着された触媒層と、を有することを特徴とする空気極。 An air electrode characterized by having a current collector in which a metal wire and a thermoplastic resin wire are woven, and a catalyst layer directly fused to one surface of the current collector. 金属の線材と、熱可塑性樹脂の線材とを用いて、メッシュ状に形成されてなる集電体と、前記集電体の一方の面に直接融着された触媒層と、を有することを特徴とする空気極。 It is characterized by having a current collector formed in a mesh shape using a metal wire and a thermoplastic resin wire, and a catalyst layer directly fused to one surface of the current collector. The air pole to be. 前記集電体は、織機により線材を複数の異なる方向に織り込んでなり、一以上の方向に織り込まれた線材が前記熱可塑性樹脂、或いは、前記熱可塑性樹脂の線材と前記金属の線材とを混在させてなり、残りの方向に織り込まれた線材が前記金属、或いは、前記金属の線材と前記熱可塑性樹脂の線材とを混在させてなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気極。 The current collector is made by weaving wires in a plurality of different directions by a weaving machine, and the wires woven in one or more directions are a thermoplastic resin or a mixture of the thermoplastic resin wire and the metal wire. The first or second aspect of the invention, wherein the wire woven in the remaining direction is a mixture of the metal or the metal wire and the thermoplastic resin wire. Air pole. 前記集電体は、織機により縦方向の線材と横方向の線材とを織り込んでなり、前記縦方向の線材が前記熱可塑性樹脂であり、前記横方向の線材が前記金属であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気極。 The current collector is characterized in that a vertical wire and a horizontal wire are woven by a weaving machine, the vertical wire is the thermoplastic resin, and the horizontal wire is the metal. The air electrode according to claim 1 or 2. 前記金属の線径は、150μm以上であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の空気極。 The air electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the wire diameter of the metal is 150 μm or more. 前記集電体は、30メッシュ以上であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の空気極。 The air electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the current collector is 30 mesh or more. 請求項1からのいずれかに記載の空気極と、前記空気極に対向配置される金属極と、を有することを特徴とする金属空気電池。
A metal-air battery comprising the air electrode according to any one of claims 1 to 6 and a metal electrode arranged to face the air electrode.
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