JP7017354B2 - Sheet air battery and patch - Google Patents

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Description

本発明は、生産性に優れたシート状空気電池と、前記シート状空気電池を備えたパッチに関するものである。 The present invention relates to a highly productive sheet-shaped air battery and a patch including the sheet-shaped air battery.

二酸化マンガンやカーボンなどを触媒とする空気極からなる正極と、亜鉛粒子や亜鉛合金粒子といった亜鉛系粒子などの金属粒子を活物質とする負極とを有する空気電池は、長年補聴器などの電源として用いられてきた。 An air battery having a positive electrode consisting of an air electrode catalyzed by manganese dioxide or carbon and a negative electrode using metal particles such as zinc particles such as zinc particles and zinc alloy particles as an active material has been used as a power source for hearing aids for many years. Has been done.

この種の電池は、外装体に金属缶を使用したボタン型の形状のものが一般的であり、市販されている電池には、正極側の底面に、空気(酸素)を内部に取り込むための空気孔が、0.2~0.5mm程度の径で1個~数個形成されている。 This type of battery is generally a button-shaped battery that uses a metal can for the exterior body, and commercially available batteries have a bottom surface on the positive electrode side for taking in air (oxygen) inside. One to several air holes are formed with a diameter of about 0.2 to 0.5 mm.

また、アルミニウムと熱可塑性樹脂とをラミネートしたラミネートフィルムなどのような、樹脂製のフィルムを用いた外装体を使用したシート状のものも提案されており、電池の形状に自由度を持たせた、放電特性に優れた空気電池を構成可能であることが開示されている(特許文献1)。 In addition, a sheet-like battery using an exterior body made of a resin film, such as a laminated film obtained by laminating aluminum and a thermoplastic resin, has been proposed to give flexibility to the shape of the battery. It is disclosed that an air battery having excellent discharge characteristics can be configured (Patent Document 1).

ところで、最近では、体温パッチなどのような身体用の各種センサや、ゴルフヘッド用の速度センサなどの電源のように、シート状空気電池の形状の自由度を生かした用途展開が図られている。また、シート状空気電池には、こうした用途にも好ましく適用できるように、各種特性の改良も試みられている。 By the way, recently, various applications for body sensors such as body temperature patches and power supplies for speed sensors for golf heads have been developed by taking advantage of the degree of freedom in the shape of the sheet-shaped air battery. .. Further, improvements in various characteristics of the sheet-shaped air battery have been attempted so that it can be preferably applied to such applications.

このような事情の下、シート状空気電池には、より安価に製造できることが求められており、それを受けて、生産性の向上要請がある。 Under such circumstances, the sheet-shaped air battery is required to be manufactured at a lower cost, and in response to this, there is a demand for improvement in productivity.

シート状空気電池においては、例えば特許文献1に記載されているように、触媒を含む触媒層を集電体の表面に形成した正極と、金属粉と電解液とゲル化用の高分子とを含むゲル状負極を集電体と接触させた負極とが、一般に使用されている。また、正極や負極には、電池が使用される機器と電気的に接続するための外部端子が、それらの集電体に溶接されるなどして設けられている。このように、正極や負極は製造工程が多く、これらがシート状空気電池の生産性を損なう一因となっている。 In a sheet-air battery, for example, as described in Patent Document 1, a positive electrode having a catalyst layer containing a catalyst formed on the surface of a current collector, a metal powder, an electrolytic solution, and a polymer for gelation are used. A negative electrode in which the included gel-like negative electrode is brought into contact with the current collector is generally used. Further, the positive electrode and the negative electrode are provided with external terminals for electrically connecting to the equipment in which the battery is used, such as by being welded to the current collectors thereof. As described above, the positive electrode and the negative electrode have many manufacturing processes, which are one of the factors that impair the productivity of the sheet-shaped air battery.

特開2004-288571号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-288571

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性に優れたシート状空気電池と、前記シート状空気電池を備えたパッチとを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a sheet-shaped air battery having excellent productivity and a patch provided with the sheet-shaped air battery.

前記目的を達成し得た本発明のシート状空気電池は、正極、負極、セパレータおよび電解質が、シート状外装体内に収容されてなり、前記正極は、多孔性導電基材を有し、前記多孔性導電基材は、本体部と、前記シート状外装体の外部に少なくとも一部が露出する端子部とを有し、前記負極は、金属箔を有し、前記金属箔は、本体部と、前記シート状外装体の外部に少なくとも一部が露出する端子部とを有していることを特徴とするものである。 In the sheet-shaped air battery of the present invention that has achieved the above object, a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte are housed in a sheet-like exterior body, and the positive electrode has a porous conductive base material and is porous. The conductive conductive base material has a main body portion and a terminal portion whose at least a part is exposed to the outside of the sheet-like exterior body, the negative electrode has a metal foil, and the metal foil has a main body portion. It is characterized by having a terminal portion exposed to at least a part of the outside of the sheet-shaped exterior body.

また、本発明のパッチは、身体に装着可能であって、本発明のシート状空気電池を電源として備えたものである。 Further, the patch of the present invention is wearable on the body and is provided with the sheet-shaped air battery of the present invention as a power source.

本発明によれば、貯蔵特性に優れたシート状空気電池と、前記シート状空気電池を備えたパッチとを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sheet-shaped air battery having excellent storage characteristics and a patch provided with the sheet-shaped air battery.

本発明のシート状空気電池の一例を模式的に表す平面図である。It is a top view schematically showing an example of the sheet-shaped air battery of this invention. 図1のI-I線断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 本発明のシート状空気電池に係る正極の一例を模式的に表す平面図である。It is a top view schematically showing an example of the positive electrode which concerns on the sheet-shaped air battery of this invention. 本発明のシート状空気電池に係る負極の一例を模式的に表す平面図である。It is a top view schematically showing an example of the negative electrode which concerns on the sheet-shaped air battery of this invention. 本発明のシート状空気電池の他の例を模式的に表す平面図である。It is a top view schematically showing another example of the sheet-shaped air battery of this invention. 本発明のシート状空気電池の組み立て方法の一例を表す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the assembling method of the sheet-shaped air battery of this invention.

図1および図2に本発明のシート状空気電池の一例を模式的に示している。図1はシート状空気電池の平面図であり、図2は図1のI-I線断面図である。 1 and 2 schematically show an example of the sheet-shaped air battery of the present invention. FIG. 1 is a plan view of a sheet-shaped air battery, and FIG. 2 is a sectional view taken along line I-I of FIG.

図2に示すように、シート状空気電池1においては、正極20、セパレータ40および負極30と、電解質(図示しない)とが、シート状外装体60内に収容されている。なお、図1における点線は、シート状外装体60内に収容された正極20の大きさ(端子部を除く、幅の広い本体部の大きさ)を表している。 As shown in FIG. 2, in the sheet-shaped air battery 1, the positive electrode 20, the separator 40, the negative electrode 30, and an electrolyte (not shown) are housed in the sheet-shaped exterior body 60. The dotted line in FIG. 1 represents the size of the positive electrode 20 housed in the sheet-shaped exterior body 60 (the size of the wide main body portion excluding the terminal portion).

シート状外装体60の図中上辺からは、正極20の端子部20bおよび負極30の外部端子30bが突出している。これらの端子部20b、30bは、シート状空気電池と適用機器とを電気的に接続するための外部端子として使用される。 The terminal portion 20b of the positive electrode 20 and the external terminal 30b of the negative electrode 30 project from the upper side of the sheet-shaped exterior body 60 in the drawing. These terminal portions 20b and 30b are used as external terminals for electrically connecting the sheet-shaped air battery and the applicable device.

シート状外装体60は、正極20が配置された側の片面に、正極に空気を取り込むための空気孔61が複数設けられており、正極20のシート状外装体60側には、空気孔61からの電解質の漏出を防止するための撥水膜50が配置されている。 The sheet-shaped exterior body 60 is provided with a plurality of air holes 61 for taking air into the positive electrode on one side on the side where the positive electrode 20 is arranged, and the air holes 61 are provided on the sheet-shaped exterior body 60 side of the positive electrode 20. A water-repellent film 50 is arranged to prevent leakage of the electrolyte from the water-repellent film 50.

図3に、シート状空気電池に係る正極を模試的に表す平面図を示している。正極20は、多孔性導電基材を有しており、前記多孔性導電基材は、本体部20aと、シート状外装体の外部に少なくとも一部が露出する端子部20bとを有している。すなわち、1枚の多孔性導電基材のうちの一部が端子部20bを構成し、その他の主要部が本体部20aを構成している。 FIG. 3 shows a plan view simulating a positive electrode related to a sheet-shaped air battery. The positive electrode 20 has a porous conductive base material, and the porous conductive base material has a main body portion 20a and a terminal portion 20b whose at least a part is exposed to the outside of the sheet-like exterior body. .. That is, a part of one porous conductive base material constitutes the terminal portion 20b, and the other main portion constitutes the main body portion 20a.

正極20の集電体として機能する本体部20aと、外部への導通を担う端子部20bとを共通する一体の部材(多孔性導電基材)で構成することにより、例えば、外部端子用のリード体(タブ)などの溶接の必要がなくなることから、その生産性を高めることができ、ひいては、シート状空気電池の生産性を向上させることができる。 By forming a common member (porous conductive base material) between the main body portion 20a that functions as a current collector of the positive electrode 20 and the terminal portion 20b that is responsible for conduction to the outside, for example, a lead for an external terminal is used. Since there is no need to weld the body (tab) or the like, the productivity can be increased, and the productivity of the sheet-shaped air battery can be improved.

なお、多孔性導電基材のうち、端子部20bを構成する部分は、圧縮により無孔化されていてもよい。 The portion of the porous conductive substrate that constitutes the terminal portion 20b may be made non-porous by compression.

前記多孔性導電基材は、ニッケル、ステンレスなどの網や発泡体、パンチング基材、エキスパンド基材など金属製の部材で構成することもできるが、カーボン製の部材とすることにより、本体部20aを構成する多孔性導電基材が触媒としても機能するので、本体部20aの多孔性導電基材に別途触媒を担持する必要がなくなり、シート状空気電池の生産性をより一層向上させることができる。 The porous conductive base material may be made of a metal member such as a mesh such as nickel or stainless steel, a foam, a punching base material, or an expanded base material, but by using a carbon member, the main body portion 20a Since the porous conductive base material constituting the above functions also as a catalyst, it is not necessary to separately support a catalyst on the porous conductive base material of the main body 20a, and the productivity of the sheet-shaped air battery can be further improved. ..

前記多孔性導電基材をカーボン製の部材とする場合、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルトなどの、繊維状カーボンで構成された多孔性カーボンシートを好ましく用いることができる。これらのシートは、単層構造であってもよく、カーボンペーパー同士、カーボンクロス同士、カーボンフェルト同士が積層された多層構造であってもよく、カーボンペーパー、カーボンクロスおよびカーボンフェルトのうちの2種以上が積層された多層構造であってもよい。 When the porous conductive base material is made of carbon, for example, a porous carbon sheet made of fibrous carbon such as carbon paper, carbon cloth, and carbon felt can be preferably used. These sheets may have a single-layer structure, may have a multi-layer structure in which carbon papers, carbon cloths, and carbon felts are laminated, and may be two of carbon paper, carbon cloth, and carbon felt. The above may be a laminated multi-layered structure.

前記シートを構成する繊維状カーボンの繊維径は、触媒機能や導電性を考慮すると、通常、2~30μmとすることが好ましい。 The fiber diameter of the fibrous carbon constituting the sheet is usually preferably 2 to 30 μm in consideration of the catalytic function and conductivity.

繊維状カーボンで構成された前記シートの厚みは、0.5mm以下であることが好ましい。シート状空気電池は、薄型の形態とされることが多いが、正極を構成する前記シートが厚すぎると、正極全体の厚みも増加し、薄型の電池を形成し難くなる場合がある。繊維状カーボンで構成された前記シートの厚みの下限値は、取扱い性や入手の容易さ、正極での十分な電池反応や集電機能の確保などを考慮すると、通常、0.05mmである。 The thickness of the sheet made of fibrous carbon is preferably 0.5 mm or less. The sheet-shaped air battery is often in a thin form, but if the sheet constituting the positive electrode is too thick, the thickness of the entire positive electrode also increases, and it may be difficult to form a thin battery. The lower limit of the thickness of the sheet made of fibrous carbon is usually 0.05 mm in consideration of handleability, availability, sufficient battery reaction at the positive electrode, and securing of a current collecting function.

繊維状カーボンで構成された前記シートの空孔率は、良好な透気性と十分な強度とを確保する観点から、50%以上95%以下であることが好ましい。 The porosity of the sheet made of fibrous carbon is preferably 50% or more and 95% or less from the viewpoint of ensuring good air permeability and sufficient strength.

繊維状カーボンで構成された前記シートには、市販品の中から前記の物性値を満たすものを選択して使用すればよい。 For the sheet made of fibrous carbon, a commercially available product that satisfies the above physical characteristics may be selected and used.

繊維状カーボンで構成された前記シートを多孔性カーボンシートとして正極を形成する場合には、これらのシートを所望の形状に打ち抜くなどするだけで正極を製造できるため、正極の生産性がより向上する。 When a positive electrode is formed by using the sheet made of fibrous carbon as a porous carbon sheet, the positive electrode can be manufactured only by punching these sheets into a desired shape, so that the productivity of the positive electrode is further improved. ..

一方、繊維状カーボンで構成された前記シートの本体部を構成する部分に、別途触媒を担持させることも可能である。すなわち、前記本体部を構成する多孔性導電基材の表面または内部に、通常空気電池の触媒として使用される材料を担持することにより、正極の生産性はやや劣ることになるものの、本体部の触媒機能が向上するため、より高い電池特性を確保することができる。 On the other hand, it is also possible to separately support a catalyst on a portion constituting the main body of the sheet made of fibrous carbon. That is, by supporting a material normally used as a catalyst for an air battery on the surface or inside of the porous conductive base material constituting the main body, the productivity of the positive electrode is slightly inferior, but the main body Since the catalyst function is improved, higher battery characteristics can be ensured.

なお、前記多孔性導電基材を金属製の部材で構成する場合は、白金などの貴金属で構成する場合を除き、前記の多孔性カーボンシートに比べて触媒機能が劣るため、多孔性導電基材のうち本体部を構成する部分には、別途触媒を担持させることが望ましい。 When the porous conductive base material is made of a metal member, the catalytic function is inferior to that of the porous carbon sheet, except when the porous conductive base material is made of a noble metal such as platinum. Therefore, the porous conductive base material is inferior to the porous carbon sheet. It is desirable to separately support a catalyst on the portion constituting the main body portion.

多孔性導電基材の本体部に担持させる触媒としては、通常空気電池の触媒として使用されているものを用いることができ、例えば、銀、白金族金属またはその合金、遷移金属、Pt/IrOなどの白金/金属酸化物、La1-xCaCoOなどのペロブスカイト酸化物、WCなどの炭化物、MnNなどの窒化物、二酸化マンガンやMnなどのマンガン酸化物、カーボン〔黒鉛、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなど)、木炭、活性炭など〕などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。 As the catalyst to be supported on the main body of the porous conductive substrate, a catalyst usually used as a catalyst for an air cell can be used, for example, silver, platinum group metal or an alloy thereof, transition metal, Pt / IrO 2 Platinum / metal oxides such as La 1-x Ca x CoO 3 , perovskite oxides such as WC, carbides such as WC, nitrides such as Mn 4 N, manganese oxides such as manganese dioxide and Mn 3 O 4 , carbon [ Graphite, carbon black (acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, etc.), charcoal, activated charcoal, etc.], etc.], etc. may be used, and only one of these may be used. More than a seed may be used.

また、カーボン触媒を用いる場合、正極の反応性をより高める観点からは、カーボンの比表面積は、200m/g以上であることが好ましく、300m/g以上であることがより好ましく、500m/g以上であることが更に好ましい。本明細書でいうカーボンの比表面積は、JIS K 6217に準じた、BET法によって求められる値であり、例えば、窒素吸着法による比表面積測定装置(Mountech社製「Macsorb HM modele-1201」)を用いて測定することができる。なお、カーボンの比表面積の上限値は、通常、2000m/g程度である。 When a carbon catalyst is used, the specific surface area of carbon is preferably 200 m 2 / g or more, more preferably 300 m 2 / g or more, and more preferably 500 m 2 from the viewpoint of further enhancing the reactivity of the positive electrode. It is more preferably / g or more. The specific surface area of carbon referred to in the present specification is a value obtained by the BET method according to JIS K 6217. For example, a specific surface area measuring device by a nitrogen adsorption method (“Macsorb HM model-1201” manufactured by Muntech) can be used. Can be measured using. The upper limit of the specific surface area of carbon is usually about 2000 m 2 / g.

前記触媒を多孔性導電基材の表面または内部に担持させる場合には、通常、バインダなどとともに構成される組成物を多孔性導電基材に塗布し、触媒含有層を形成するなどの方法を用いればよい。 When the catalyst is supported on the surface or inside of the porous conductive substrate, a method such as applying a composition composed of a binder or the like to the porous conductive substrate to form a catalyst-containing layer is usually used. Just do it.

前記触媒含有層に含有させるバインダとしては、PVDF、PTFE、フッ化ビニリデンの共重合体やテトラフルオロエチレンの共重合体〔フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF-HFP)、フッ化ビニリデン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(PVDF-CTFE)、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体(PVDF-TFE)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体(PVDF-HFP-TFE)など〕などのフッ素樹脂バインダなどが挙げられる。これらの中でも、テトラフルオロエチレンの重合体(PTFE)または共重合体が好ましく、PTFEがより好ましい。触媒含有層におけるバインダの含有量は、3~50質量%であることが好ましい。 Examples of the binder contained in the catalyst-containing layer include a copolymer of PVDF, PTFE and vinylidene fluoride, and a copolymer of tetrafluoroethylene [vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), vinylidene fluoride. -Chlorotrifluoroethylene copolymer (PVDF-CTFE), vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer (PVDF-TFE), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer (PVDF-HFP-TFE) ) Etc.] and other fluororesin binders. Among these, a tetrafluoroethylene polymer (PTFE) or a copolymer is preferable, and PTFE is more preferable. The binder content in the catalyst-containing layer is preferably 3 to 50% by mass.

触媒含有層は、触媒やバインダなどを水などの溶媒と混合してロールで圧延し、基材となる前記シートなどと密着させることによって形成することができる。また、触媒や必要に応じて使用するバインダなどを、水や有機溶媒に分散させて調製した触媒含有層形成用組成物(スラリー、ペーストなど)を、基材となる前記シートの表面に塗布し乾燥した後に、必要に応じてカレンダ処理などのプレス処理を施す工程を経て、触媒含有層を形成することもできる。 The catalyst-containing layer can be formed by mixing a catalyst, a binder, or the like with a solvent such as water, rolling it with a roll, and bringing it into close contact with the sheet or the like as a base material. Further, a catalyst-containing layer forming composition (slurry, paste, etc.) prepared by dispersing a catalyst and a binder to be used as needed in water or an organic solvent is applied to the surface of the sheet as a base material. After drying, the catalyst-containing layer can also be formed through a step of performing a press treatment such as a calendar treatment, if necessary.

本体部の表面または内部に触媒を担持させた多孔性導電基材は、これを所望の形状に打ち抜くなどして、正極とすることができる。 The porous conductive base material on which the catalyst is supported on the surface or the inside of the main body can be punched into a desired shape to form a positive electrode.

図4に、シート状空気電池に係る負極を模試的に表す平面図を示している。負極30は、金属箔を有しており、前記金属箔は、本体部30aと、前記シート状外装体の外部に少なくとも一部が露出する端子部とを有している。すなわち、1枚の金属箔のうちの一部が端子部30bを構成し、その他の主要部が本体部30aを構成している。 FIG. 4 shows a plan view simulating the negative electrode of the sheet-shaped air battery. The negative electrode 30 has a metal foil, and the metal foil has a main body portion 30a and a terminal portion whose at least a part is exposed to the outside of the sheet-like exterior body. That is, a part of one metal foil constitutes the terminal portion 30b, and the other main portion constitutes the main body portion 30a.

負極の活物質として機能する本体部30aと、外部への導通を担う端子部30bとを共通する一体の部材(金属箔)で構成することにより、例えば、外部端子用のリード体(タブ)などの溶接の必要がなくなり、また、活物質となる金属粒子を含む負極合剤の調製工程も不要となることから、その生産性を高めることができ、ひいては、シート状空気電池の生産性を向上させることができる。 By forming a common member (metal foil) between the main body portion 30a that functions as the active material of the negative electrode and the terminal portion 30b that is responsible for conduction to the outside, for example, a lead body (tab) for an external terminal or the like can be formed. Since there is no need for welding and the process of preparing a negative electrode mixture containing metal particles as an active material is not required, the productivity can be increased, which in turn improves the productivity of the sheet-shaped air battery. Can be made to.

なお、負極の活物質となる本体部30aのうち、正極と対向しない面には、負極の集電性を向上させるために、カーボンペーストなどの導電塗料が塗布されていてもよく、また、負極側に配置されるシート状外装体の本体部30aと接する箇所に導電塗料が塗布されていてもよい。 In addition, in order to improve the current collecting property of the negative electrode, a conductive paint such as carbon paste may be applied to the surface of the main body portion 30a which is the active material of the negative electrode and which does not face the positive electrode, and the negative electrode may be coated. The conductive paint may be applied to a portion of the sheet-like exterior body arranged on the side in contact with the main body portion 30a.

負極を形成するための金属箔には、負極活物質として機能する成分を含有する箔を使用する。その具体例としては、亜鉛または亜鉛合金の箔、マグネシウムまたはマグネシウム合金の箔、アルミニウムまたはアルミニウム合金の箔などが挙げられる。これらの金属箔から形成された負極においては、亜鉛、アルミニウムまたはマグネシウムが負極活物質として作用する。 As the metal foil for forming the negative electrode, a foil containing a component that functions as a negative electrode active material is used. Specific examples thereof include zinc or zinc alloy foil, magnesium or magnesium alloy foil, aluminum or aluminum alloy foil, and the like. In the negative electrode formed from these metal foils, zinc, aluminum or magnesium acts as the negative electrode active material.

亜鉛合金箔における合金成分としては、例えば、インジウム(例えば含有量が質量基準で0.005~0.05%)、ビスマス(例えば含有量が質量基準で0.005~0.05%)、アルミニウム(例えば含有量が質量基準で0.001~0.15%)などが挙げられる。 The alloy components in the zinc alloy foil include, for example, indium (for example, the content is 0.005 to 0.05% by mass), bismuth (for example, the content is 0.005 to 0.05% by mass), and aluminum. (For example, the content is 0.001 to 0.15% on a mass basis) and the like.

また、マグネシウム合金箔における合金成分としては、例えば、カルシウム(例えば含有量が質量基準で1~3%)、マンガン(例えば含有量が質量基準で0.1~0.5%)、亜鉛(例えば含有量が質量基準で0.4~1%)、アルミニウム(例えば含有量が質量基準で8~10%)などが挙げられる。 The alloy components in the magnesium alloy foil include, for example, calcium (for example, the content is 1 to 3% based on mass), manganese (for example, the content is 0.1 to 0.5% based on mass), and zinc (for example,). The content is 0.4 to 1% on a mass basis), aluminum (for example, the content is 8 to 10% on a mass basis), and the like.

更に、アルミニウム合金箔における合金成分としては、例えば、亜鉛(例えば含有量が質量基準で0.5~10%)、スズ(例えば含有量が質量基準で0.04~1.0%)、ガリウム(例えば含有量が質量基準で0.003~1.0%)、ケイ素(例えば含有量が質量基準で0.05%以下)、鉄(例えば含有量が質量基準で0.1%以下)、マグネシウム(例えば含有量が質量基準で0.1~2.0%)、マンガン(例えば含有量が質量基準で0.01~0.5%)などが挙げられる。 Further, the alloy components in the aluminum alloy foil include, for example, zinc (for example, the content is 0.5 to 10% by mass), tin (for example, the content is 0.04 to 1.0% by mass), and gallium. (For example, the content is 0.003 to 1.0% by mass), silicon (for example, the content is 0.05% or less by mass), iron (for example, the content is 0.1% or less by mass), Examples thereof include magnesium (for example, the content is 0.1 to 2.0% by mass) and manganese (for example, the content is 0.01 to 0.5% by mass).

負極の厚み(負極を構成する金属箔の厚み)は、10~500μmであることが好ましい。 The thickness of the negative electrode (thickness of the metal foil constituting the negative electrode) is preferably 10 to 500 μm.

シート状空気電池の電解質には、例えば、電解質塩を含有する水溶液が使用される。電解質として使用される水溶液は、pHが、3以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましく、また、12未満であることが好ましく、10以下であることがより好ましく、7未満であることが更に好ましい。このようなpHの水溶液を使用することで、例えば、空気電池に一般的に使用されている強アルカリである高pHのアルカリ水溶液(pH14程度)を用いる場合に比べて、シート状空気電池を廃棄時や使用時の破損などで人体に電解質が付着しても問題が生じ難く、高い安全性が確保できると共に、廃棄後の環境への負荷の低減を図ることができる。 As the electrolyte of the sheet-shaped air battery, for example, an aqueous solution containing an electrolyte salt is used. The aqueous solution used as the electrolyte has a pH of preferably 3 or more, more preferably 5 or more, preferably less than 12, more preferably 10 or less, and less than 7. It is more preferable to have. By using an aqueous solution having such a pH, for example, a sheet-shaped air battery is discarded as compared with the case of using a high pH alkaline aqueous solution (about pH 14), which is a strong alkali generally used for an air battery. Even if the electrolyte adheres to the human body due to damage during time or use, problems are unlikely to occur, high safety can be ensured, and the burden on the environment after disposal can be reduced.

電解質として使用される前記水溶液に溶解させる電解質塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化アンモニウムや塩化亜鉛などの塩化物;アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウムなど)、酢酸塩(酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸マグネシウムなど)、硝酸塩(硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸マグネシウムなど)、硫酸塩(硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウムなど)、リン酸塩(リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸マグネシウムなど)、ホウ酸塩(ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸マグネシウムなど)、クエン酸塩(クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸マグネシウムなど)、グルタミン酸塩(グルタミン酸ナトリウム、グルタミン酸カリウム、グルタミン酸マグネシウムなど);アルカリ金属の炭酸水素塩(炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなど);アルカリ金属の過炭酸塩(過炭酸ナトリウム、過炭酸カリウムなど);フッ化物などのハロゲンを含む化合物;多価カルボン酸;などが挙げられ、前記水溶液は、これらの電解質塩のうちの1種または2種以上を含有していればよい。 The electrolyte salt to be dissolved in the aqueous solution used as an electrolyte includes chlorides such as sodium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, calcium chloride, ammonium chloride and zinc chloride; hydroxides of alkali metals and alkaline earth metals (water). Sodium oxide, potassium hydroxide, magnesium hydroxide, etc.), acetate (sodium acetate, potassium acetate, magnesium acetate, etc.), nitrate (sodium nitrate, potassium nitrate, magnesium nitrate, etc.), sulfate (sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, etc.) Etc.), phosphates (sodium phosphate, potassium phosphate, magnesium phosphate, etc.), borates (sodium borate, potassium borate, magnesium borate, etc.), citrates (sodium citrate, potassium citrate, etc.) , Magnesium citrate, etc.), glutamate (sodium glutamate, potassium glutamate, magnesium glutamate, etc.); alkali metal hydrogen carbonate (sodium hydrogencarbonate, potassium hydrogencarbonate, etc.); alkali metal percarbonate (sodium percarbonate, hyper) Potassium carbonate and the like); compounds containing halogens such as fluoride; polyvalent carboxylic acids; and the like, and the aqueous solution may contain one or more of these electrolyte salts.

なお、前記電解質塩として、塩酸、硫酸および硝酸より選択される強酸と、アンモニアや、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなど金属元素の水酸化物に代表される弱塩基との塩が好ましく、アンモニウム塩または特定の金属元素の塩を使用することがより好ましい。具体的には、Cl、SO 2-、HSO およびNO より選択される少なくとも1種のイオンと、Alイオン、Mgイオン、Feイオンおよびアンモニウムイオンより選択される少なくとも1種のイオンとの塩であることがより好ましく、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム〔(NH)HSO〕、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウムなどのアンモニウム塩;硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムなどのアルミニウム塩;硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化水酸化マグネシウム〔MgCl(OH)〕、硝酸マグネシウムなどのマグネシウム塩;硫酸鉄(II)、硫酸アンモニウム鉄(II)〔(NHFe(SO〕、硫酸鉄(III)、塩化鉄(II)、硝酸鉄(II)などの鉄塩;などが例示される。 As the electrolyte salt, a salt of a strong acid selected from hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid and a weak base represented by a hydroxide of a metal element such as ammonia, aluminum hydroxide and magnesium hydroxide is preferable, and an ammonium salt is preferable. Alternatively, it is more preferable to use a salt of a specific metal element. Specifically, at least one ion selected from Cl , SO 4-2- , HSO 4 and NO 3 , and at least one selected from Al ion, Mg ion, Fe ion and ammonium ion. Salts with ions are more preferred, ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium hydrogensulfate [(NH 4 ) HSO 4 ], ammonium chloride, ammonium nitrate; aluminum salts such as aluminum sulfate, aluminum chloride, aluminum nitrate; magnesium sulfate, Magnesium salts such as magnesium chloride, magnesium chloride hydroxide [MgCl (OH)], magnesium nitrate; iron sulfate (II), ammonium iron sulfate (II) [(NH 4 ) 2 Fe (SO 4 ) 2 ], iron sulfate (III) ), Iron salts such as iron (II) chloride and iron (II) nitrate; and the like are exemplified.

前記例示の強酸と弱塩基との塩を含有する水溶液からなる電解質は、塩化ナトリウムなどの強酸と強塩基との塩を含有する電解質などに比べて、負極活物質である金属や合金を腐食させる作用が比較的小さい。また、強酸の塩のうち、Al、MgおよびFeより選択される金属元素の塩またはアンモニウム塩を含有する電解質は、例えば塩化亜鉛水溶液などに比べて比較的高い導電率を有している。よって、強酸と弱塩基との塩として、Cl、SO 2-、HSO およびNO より選択される少なくとも1種のイオンと、Alイオン、Mgイオン、Feイオンおよびアンモニウムイオンより選択される少なくとも1種のイオンとの塩を含有する水溶液からなる電解質を用いた場合には、シート状空気電池の放電特性をより高めることができる。 An electrolyte composed of an aqueous solution containing a salt of a strong acid and a weak base as exemplified above corrodes a metal or an alloy which is a negative electrode active material as compared with an electrolyte containing a salt of a strong acid such as sodium chloride and a strong base. The action is relatively small. Further, among the salts of strong acids, the electrolyte containing a salt of a metal element selected from Al, Mg and Fe or an ammonium salt has a relatively high conductivity as compared with, for example, an aqueous solution of zinc chloride. Therefore, as a salt of a strong acid and a weak base, it is selected from at least one ion selected from Cl- , SO 4-2- , HSO 4- and NO 3- , and Al ion, Mg ion, Fe ion and ammonium ion. When an electrolyte composed of an aqueous solution containing a salt with at least one kind of ion is used, the discharge characteristics of the sheet-shaped air battery can be further enhanced.

ただし、ClイオンとFe3+イオンとの塩〔塩化鉄(III)〕については、その他のイオンの組み合わせによる塩に比べて負極活物質である金属材料を腐食させる作用が強いため、塩化鉄(III)以外の塩を用いることが好ましく、負極活物質である金属材料を腐食させる作用がより低いことから、アンモニウム塩を用いることがより好ましい。 However, the salt of Cl - ion and Fe 3+ ion [iron (III) chloride] has a stronger effect of corroding the metal material, which is the negative electrode active material, than the salt made by combining other ions, so iron chloride (iron chloride (III)] It is preferable to use a salt other than III), and it is more preferable to use an ammonium salt because it has a lower effect of corroding the metal material which is the negative electrode active material.

また、前記強酸と弱塩基との塩のうち、過塩素酸塩は、加熱や衝撃により燃焼や爆発の危険を生じることから、環境負荷や廃棄時の安全性の観点からは、前記水溶液に含有させないか、または含有しても過塩素酸イオンの量がわずか(100ppm未満が好ましく、10ppm未満がより好ましい)であることが好ましい。 Further, among the salts of the strong acid and the weak base, perchlorate causes a risk of combustion or explosion due to heating or impact, and therefore, from the viewpoint of environmental load and safety at the time of disposal, it is contained in the aqueous solution. It is preferable that the amount of perchlorate ion is small (preferably less than 100 ppm, more preferably less than 10 ppm) even if it is not allowed or contained.

また、前記強酸と弱塩基との塩のうち、塩化亜鉛や硫酸銅などに代表される重金属塩(鉄の塩を除く)は、有害であるものが多いため、環境負荷や廃棄時の安全性の観点からは、前記水溶液に含有させないか、または含有しても鉄イオンを除く重金属イオンの量がわずか(100ppm未満が好ましく、10ppm未満がより好ましい)であることが好ましい。 Of the salts of the strong acid and the weak base, heavy metal salts (excluding iron salts) typified by zinc chloride and copper sulfate are often harmful, so they are environmentally burdensome and safe at the time of disposal. From the viewpoint of the above, it is preferable that the amount of heavy metal ions excluding iron ions is small (preferably less than 100 ppm, more preferably less than 10 ppm) even if it is not contained in the aqueous solution or is contained.

また、電解質として使用できる前記水溶液は、沸点が150℃以上の水溶性高沸点溶媒を、水と共に溶媒として含有していることが好ましい。空気電池においては、放電を行い容量が減っていくと、それに従って電圧が低下していくが、容量が少なくなる放電後期では電圧の低下に加えてその変動が大きくなりやすい。しかしながら、前記水溶液が水溶性高沸点溶媒を含有している場合には、こうした放電後期の電圧の変動を抑えて、より良好な放電特性を有するシート状空気電池とすることができる。 Further, it is preferable that the aqueous solution that can be used as an electrolyte contains a water-soluble high boiling point solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher as a solvent together with water. In an air battery, as the capacity decreases after discharging, the voltage decreases accordingly, but in the latter stage of discharging when the capacity decreases, the fluctuation tends to increase in addition to the decrease in voltage. However, when the aqueous solution contains a water-soluble high boiling point solvent, it is possible to suppress such fluctuations in voltage in the latter stage of discharge to obtain a sheet-shaped air battery having better discharge characteristics.

また、図1および図2に示すように、空気電池は、正極に空気を導入するための空気孔を外装体に有しているが、電解質(電解液)中の水が揮発し、外装体の空気孔を通じて散逸するなどして電解質の組成変動が生じやすく、これにより放電特性が低下する虞がある。しかしながら、電解質として使用する前記水溶液が水溶性高沸点溶媒を含有している場合には、電解質からの水の揮発が抑制されるため、前記のような電解質の組成変動による放電特性の低下を抑制することができ、シート状空気電池の貯蔵特性をより高めることも可能となる。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the air battery has an air hole for introducing air into the positive electrode in the outer body, but the water in the electrolyte (electrolyte solution) volatilizes in the outer body. The composition of the electrolyte is likely to fluctuate due to dissipation through the air holes of the above, which may deteriorate the discharge characteristics. However, when the aqueous solution used as the electrolyte contains a water-soluble high boiling point solvent, the volatilization of water from the electrolyte is suppressed, so that the deterioration of the discharge characteristics due to the composition fluctuation of the electrolyte as described above is suppressed. It is also possible to further improve the storage characteristics of the sheet-shaped air battery.

水溶性高沸点溶媒の沸点の上限値は、通常、320℃である。 The upper limit of the boiling point of the water-soluble high boiling point solvent is usually 320 ° C.

シート状空気電池の放電特性をより良好に維持する観点からは、水溶性高沸点溶媒は、その表面張力や比誘電率が高いことが望ましい。シート状空気電池においては、放電に際し正極(触媒含有層)が空気と触れる必要があるが、電解液中の水溶性高沸点溶媒の表面張力が低いと、正極の触媒含有層の表面のうちの、電解質で覆われて空気と触れ難くなる箇所の割合が大きくなりすぎて、放電特性が低下する虞があるが、表面張力が高い水溶性高沸点溶媒を使用することで、こうした問題を回避することができる。 From the viewpoint of maintaining the discharge characteristics of the sheet-shaped air battery better, it is desirable that the water-soluble high boiling point solvent has a high surface tension and relative permittivity. In a sheet-air battery, the positive electrode (catalyst-containing layer) needs to come into contact with air during discharge, but if the surface tension of the water-soluble high boiling point solvent in the electrolytic solution is low, the surface of the catalyst-containing layer of the positive electrode , The proportion of the part covered with electrolyte that makes it difficult to come into contact with air becomes too large, and the discharge characteristics may deteriorate. However, by using a water-soluble high boiling point solvent with high surface tension, such a problem can be avoided. be able to.

また、有機溶媒は、通常、水よりも比誘電率が低いため、これを水と併用して電解質を調製すると、水のみを使用した場合よりもイオン伝導性が低下して、電池の放電特性を損なう虞があるが、比誘電率が高い水溶性高沸点溶媒を使用することで、こうした問題の発生を抑制することができる。 In addition, since organic solvents usually have a lower relative permittivity than water, if an electrolyte is prepared in combination with water, the ionic conductivity will be lower than when only water is used, and the discharge characteristics of the battery will be reduced. However, the occurrence of such a problem can be suppressed by using a water-soluble high boiling point solvent having a high relative permittivity.

具体的には、水溶性高沸点溶媒の表面張力は、30mN/m以上であることが好ましい。また、水溶性高沸点溶媒の表面張力の上限値は、通常、70mN/mである。本明細書でいう水溶性高沸点溶媒の表面張力は、市販の装置(例えば、協和界面科学社製「CBVP-Z」)を使用して、Wilhelmy法によって測定される値である。 Specifically, the surface tension of the water-soluble high boiling point solvent is preferably 30 mN / m or more. The upper limit of the surface tension of the water-soluble high boiling point solvent is usually 70 mN / m. The surface tension of the water-soluble high boiling point solvent referred to in the present specification is a value measured by the Wilhelmy method using a commercially available device (for example, "CBVP-Z" manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).

更に、水溶性高沸点溶媒の比誘電率は、30以上であることが好ましい。また、水溶性高沸点溶媒の比誘電率の上限値は、通常、65である。本明細書でいう水溶性高沸点溶媒の比誘電率は、HEWLETTPACKARD社製「プレジョンLCRメーターHP4284」などを用い測定される誘電率より求まる値である。 Further, the relative permittivity of the water-soluble high boiling point solvent is preferably 30 or more. The upper limit of the relative permittivity of the water-soluble high boiling point solvent is usually 65. The relative permittivity of the water-soluble high boiling point solvent referred to in the present specification is a value obtained from the permittivity measured by using "Prejon LCR Meter HP4284" manufactured by HEWLETT PACKARD.

電解質に好適な水溶性高沸点溶媒の具体例としては、エチレングリコール(沸点197℃、表面張力48mN/m、比誘電率39)、プロピレングリコール(沸点188℃、表面張力36mN/m、比誘電率32)、グリセリン(沸点290℃、表面張力63mN/m、比誘電率43)などの多価アルコール;ポリエチレングリコール(PEG;例えば、沸点230℃、表面張力43mN/m、比誘電率35)などのポリアルキレングリコール(分子量が600以下のものが好ましい);などが挙げられる。電解質液には、これらの水溶性高沸点溶媒のうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよいが、グリセリンを使用することがより好ましい。 Specific examples of the water-soluble high boiling point solvent suitable for the electrolyte include ethylene glycol (boiling point 197 ° C., surface tension 48 mN / m, relative permittivity 39) and propylene glycol (boiling point 188 ° C., surface tension 36 mN / m, relative permittivity 39). 32), polyhydric alcohols such as glycerin (boiling point 290 ° C., surface tension 63 mN / m, relative permittivity 43); polyethylene glycol (PEG; eg, boiling point 230 ° C., surface tension 43 mN / m, relative permittivity 35) and the like. Polyalkylene glycol (preferably having a molecular weight of 600 or less); and the like. As the electrolyte solution, only one of these water-soluble high boiling point solvents may be used, or two or more of them may be used in combination, but it is more preferable to use glycerin.

水溶性高沸点溶媒を使用する場合、その使用による効果を良好に確保する観点から、前記水溶液の全溶媒中の水溶性高沸点溶媒の含有量は、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。ただし、前記水溶液中の水溶性高沸点溶媒の量が多すぎると、前記水溶液のイオン伝導性が小さくなりすぎて、電池特性が低下する虞があることから、前記水溶液の全溶媒中の水溶性高沸点溶媒の含有量は、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましい。 When a water-soluble high boiling point solvent is used, the content of the water-soluble high boiling point solvent in all the solvents of the aqueous solution is preferably 1% by mass or more, from the viewpoint of ensuring the effect of the use. More preferably, it is by mass or more. However, if the amount of the water-soluble high boiling point solvent in the aqueous solution is too large, the ionic conductivity of the aqueous solution may become too small and the battery characteristics may deteriorate. Therefore, the water solubility of the aqueous solution in all the solvents. The content of the high boiling point solvent is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less.

前記水溶液における電解質塩の濃度は、例えば、前記水溶液の導電率を80~700mS/cm程度に調整できる濃度であればよく、通常は、5~50質量%である。 The concentration of the electrolyte salt in the aqueous solution may be, for example, a concentration that can adjust the conductivity of the aqueous solution to about 80 to 700 mS / cm, and is usually 5 to 50% by mass.

電解質として使用される前記水溶液には、その溶媒(水または水と水溶性高沸点溶媒との混合溶媒)中にインジウム化合物が溶解していることが好ましい。前記水溶液中にインジウム化合物が溶解している場合には、電池内での水素ガスの発生を良好に抑制することができる。 It is preferable that the indium compound is dissolved in the solvent (water or a mixed solvent of water and a water-soluble high boiling point solvent) in the aqueous solution used as an electrolyte. When the indium compound is dissolved in the aqueous solution, the generation of hydrogen gas in the battery can be satisfactorily suppressed.

前記水溶液に溶解させるインジウム化合物としては、水酸化インジウム、酸化インジウム、硫酸インジウム、硫化インジウム、硝酸インジウム、臭化インジウム、塩化インジウムなどが挙げられる。 Examples of the indium compound to be dissolved in the aqueous solution include indium hydroxide, indium oxide, indium sulfate, indium sulfide, indium nitrate, indium bromide, and indium chloride.

インジウム化合物の前記水溶液中の濃度は、質量基準で、0.005%以上であることが好ましく、0.01%以上であることがより好ましく、0.05%以上であることが特に好ましく、また、1%以下であることが好ましく、0.5%以下であることがより好ましく、0.1%以下であることが特に好ましい。 The concentration of the indium compound in the aqueous solution is preferably 0.005% or more, more preferably 0.01% or more, particularly preferably 0.05% or more, and particularly preferably 0.05% or more, based on the mass. It is preferably 1% or less, more preferably 0.5% or less, and particularly preferably 0.1% or less.

前記水溶液には、前記の各成分の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて公知の各種添加剤を添加してもよい。例えば、負極に用いる金属材料の腐食(酸化)を防止するために、酸化亜鉛を添加するなどしてもよい。 In addition to the above-mentioned components, various known additives may be added to the aqueous solution as needed, as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, zinc oxide may be added in order to prevent corrosion (oxidation) of the metal material used for the negative electrode.

また、電解質を構成する水溶液はゲル化されていてもよく、電解質塩を含有するpHが3以上12未満の水溶液と、増粘剤とを配合してなるゲル状電解質を、シート状空気電池の電解質に使用することも好ましい。この場合にも、放電後期の電圧の変動を抑えてシート状空気電池の放電特性をより高めることができ、また、ゲル状電解質からの水の揮発が抑制されるため、電解質の組成変動による放電特性の低下を抑制することができ、シート状空気電池の貯蔵特性をより高めることも可能となる。 Further, the aqueous solution constituting the electrolyte may be gelled, and a gel-like electrolyte obtained by blending an aqueous solution containing an electrolyte salt with a pH of 3 or more and less than 12 and a thickener is used in a sheet-shaped air battery. It is also preferable to use it as an electrolyte. In this case as well, it is possible to suppress the fluctuation of the voltage in the latter stage of the discharge to further improve the discharge characteristics of the sheet-air battery, and since the volatilization of water from the gel-like electrolyte is suppressed, the discharge due to the composition fluctuation of the electrolyte is suppressed. It is possible to suppress the deterioration of the characteristics, and it is also possible to further improve the storage characteristics of the sheet-shaped air battery.

ゲル状電解質に係る、電解質塩を含有するpHが3以上12未満の水溶液には、シート状空気電池の電解質として使用できるものとして先に例示した前記水溶液と同じものを用いることができる。 As the aqueous solution containing the electrolyte salt and having a pH of 3 or more and less than 12, which is related to the gel-like electrolyte, the same aqueous solution as the above-exemplified aqueous solution which can be used as the electrolyte of the sheet-shaped air battery can be used.

ゲル状電解質を形成するための増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、カルボキシエチルセルロース(CEC)などのセルロースの誘導体;ポリエチレングリコール(PEG)などのポリアルキレングリコール(ただし、分子量が1万以上のものが好ましい);ポリビニルピロリドン;ポリ酢酸ビニル;デンプン;グアーガム;キサンタンガム;アルギン酸ナトリウム;ヒアルロン酸;ゼラチン;などの各種合成高分子または天然高分子が挙げられる。ゲル状電解質の形成には、前記の各増粘剤のうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なお、PEGなどのポリアルキレングリコールは、一般に分子量(平均分子量)を明示した状態で市販されており、本明細書でいうポリアルキレングリコールの分子量は、このような製造会社の公称値を意味している。 Thickeners for forming gel-like electrolytes include cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose (CMC) and carboxyethyl cellulose (CEC); polyalkylene glycols such as polyethylene glycol (PEG) (however, the molecular weight is 10,000 or more). (Preferably); polyvinylpyrrolidone; polyvinyl acetate; starch; guar gum; xanthan gum; sodium alginate; hyaluronic acid; gelatin; various synthetic polymers or natural polymers can be mentioned. For the formation of the gel-like electrolyte, only one of the above-mentioned thickeners may be used, or two or more of them may be used in combination. In addition, polyalkylene glycols such as PEG are generally marketed in a state where the molecular weight (average molecular weight) is specified, and the molecular weight of polyalkylene glycol as used herein means a nominal value of such a manufacturer. There is.

前記の増粘剤の中でも、電解質(電解質塩の水溶液である電解液)の増粘作用が高く、良好な性状のゲル状電解質をより容易に調製し得ることから、CMC、キサンタンガム、高分子量(分子量が10万以上で、好ましくは500万以下のもの)のPEGがより好ましい。 Among the above-mentioned thickeners, the electrolyte (electrolyte solution which is an aqueous solution of an electrolyte salt) has a high thickening effect, and a gel-like electrolyte having good properties can be more easily prepared. PEG having a molecular weight of 100,000 or more, preferably 5 million or less) is more preferable.

なお、CMCはアニオン性の高分子であり、金属イオンや塩が共存するとその影響を受けやすいため、電解質の増粘作用が小さくなる場合がある。しかしながら、CMCのエーテル化度が高い場合には、金属イオンや塩の影響を受け難く、電解質の増粘作用がより良好に発揮できるようになる。具体的には、CMCのエーテル化度は、0.9以上であることが好ましく、1.0以上であることがより好ましい。ここでいうCMCのエーテル化度とは、無水グルコース単位1個について、何個のカルボキシメチル基がエーテル結合しているかを表す数値である。また、CMCのエーテル化度は、1.6以下であることが好ましい。 Since CMC is an anionic polymer and is easily affected by the coexistence of metal ions and salts, the thickening action of the electrolyte may be reduced. However, when the degree of etherification of CMC is high, it is not easily affected by metal ions and salts, and the thickening action of the electrolyte can be exhibited more satisfactorily. Specifically, the degree of etherification of CMC is preferably 0.9 or more, and more preferably 1.0 or more. The degree of etherification of CMC referred to here is a numerical value indicating how many carboxymethyl groups are ether-bonded with respect to one anhydrous glucose unit. The degree of etherification of CMC is preferably 1.6 or less.

更に、CMCやCEC、キサンタンガム、アルギン酸ナトリウムのように、カルボキシル基やその塩からなる官能基(-COOH、-COONaなど)を分子内に有する増粘剤を用いる場合には、ゲル化促進剤として作用する多価金属塩を電解質に配合することが好ましい。この場合には、ゲル化促進剤が増粘剤に作用することで、電解質がより良好にゲル化するため、性状の良好なゲル状電解質の形成が更に容易となる。 Further, when a thickener having a functional group (-COOH, -COONa, etc.) consisting of a carboxyl group or a salt thereof, such as CMC, CEC, xanthan gum, and sodium alginate, is used as a gelation accelerator. It is preferable to add an acting polyvalent metal salt to the electrolyte. In this case, the gelation accelerator acts on the thickener to gel the electrolyte more satisfactorily, so that the formation of a gel-like electrolyte having good properties becomes easier.

ゲル化促進剤として使用可能な多価金属塩としては、用いる増粘剤の種類によって異なるが、2価または3価の金属イオンの塩が好ましく、マグネシウム塩(硫酸マグネシウムなど)、カルシウム塩(硫酸カルシウム)などのアルカリ土類金属塩;硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどのアルミニウム塩;塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、硫酸鉄(III)などの鉄塩;硝酸クロムなどのクロム塩;などが挙げられる。これらの中でも、アルミニウム塩や鉄塩がより好ましい。ゲル状電解質の形成には、pHが3以上12未満の水溶液を使用し、これによって電池による環境負荷の低減を図ることが望ましいが、ゲル化促進剤にアルミニウム塩や鉄塩を使用した場合には、このゲル化促進剤による環境負荷の増大を抑えることができる。 The polyvalent metal salt that can be used as a gelation accelerator varies depending on the type of thickener used, but a divalent or trivalent metal ion salt is preferable, and a magnesium salt (such as magnesium sulfate) and a calcium salt (sulfuric acid) are preferable. Alkaline earth metal salts such as calcium); aluminum salts such as aluminum nitrate and aluminum sulfate; iron salts such as iron (II) chloride, iron (III) chloride and iron (III) sulfate; chromium salts such as chromium nitrate; etc. Can be mentioned. Among these, aluminum salts and iron salts are more preferable. For the formation of the gel electrolyte, it is desirable to use an aqueous solution with a pH of 3 or more and less than 12, thereby reducing the environmental load of the battery. However, when an aluminum salt or iron salt is used as the gelation accelerator. Can suppress the increase in environmental load due to this gelation accelerator.

なお、電解質塩と増粘剤との組み合わせによっては、電解質塩自体がゲル化促進剤として作用してしまい、均質なゲル状電解質を形成できなくなったり、十分なイオン伝導性を有するゲル状電解質を形成できなくなったりする場合がある。そのような場合には、電解質塩として、1価の金属イオンの塩のみを用いたり、多価の金属イオンの塩と1価の金属イオンの塩とを併用したり、電解質塩を含有する水溶液と、増粘剤を含有する水溶液とを別々に調製した後、これらを混合して電解質を調製したりすることにより、前記問題の発生を防ぐことができる。また、電解質塩として、アンモニウム塩を用いることも好ましい。 Depending on the combination of the electrolyte salt and the thickener, the electrolyte salt itself acts as a gelation accelerator, making it impossible to form a uniform gel-like electrolyte, or producing a gel-like electrolyte having sufficient ionic conductivity. It may not be possible to form. In such a case, only a monovalent metal ion salt may be used as the electrolyte salt, a polyvalent metal ion salt and a monovalent metal ion salt may be used in combination, or an aqueous solution containing an electrolyte salt may be used. And an aqueous solution containing a thickener are prepared separately and then mixed to prepare an electrolyte, whereby the above-mentioned problem can be prevented from occurring. It is also preferable to use an ammonium salt as the electrolyte salt.

電解質における増粘剤の配合量は、電解質を良好にゲル状としつつ、良好なイオン伝導性を確保する観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、5質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることがより好ましい。 The blending amount of the thickener in the electrolyte is preferably 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, from the viewpoint of ensuring good ionic conductivity while making the electrolyte a good gel. It is more preferably 5% by mass or less, and more preferably 3% by mass or less.

更に、ゲル化促進剤である多価金属塩を電解質に配合する場合には、多価金属塩の配合量は、その作用をより良好に発揮させる観点から、質量比で増粘剤の割合を100としたときに、1以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましい。また、多価金属塩の配合量を多くしても、その効果が飽和するため、電解質における多価金属塩の配合量は、質量比で増粘剤の割合を100としたときに、30以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。 Further, when the polyvalent metal salt which is a gelation accelerator is blended in the electrolyte, the blending amount of the polyvalent metal salt is the ratio of the thickener in terms of mass ratio from the viewpoint of exerting its action better. When it is 100, it is preferably 1 or more, and more preferably 2 or more. Further, even if the compounding amount of the polyvalent metal salt is increased, the effect is saturated. Therefore, the compounding amount of the polyvalent metal salt in the electrolyte is 30 or less when the ratio of the thickener is 100 by mass ratio. It is preferably 20 or less, and more preferably 20 or less.

なお、電解質塩がゲル化促進剤を兼ねる場合には、ゲル化促進剤の配合量は、前記した電解質塩の好適な濃度範囲に設定すればよい。 When the electrolyte salt also serves as a gelation accelerator, the blending amount of the gelation accelerator may be set within a suitable concentration range of the above-mentioned electrolyte salt.

電解質として使用する電解質塩を含有する前記水溶液は、必要な成分(電解質塩や、必要に応じて使用される水溶性高沸点溶媒、インジウム化合物など)を水に添加し、溶解させて調製すればよい。 The aqueous solution containing an electrolyte salt to be used as an electrolyte can be prepared by adding necessary components (electrolyte salt, water-soluble high boiling point solvent used as needed, indium compound, etc.) to water and dissolving the solution. good.

また、ゲル状電解質は、例えば、あらかじめ調製した電解質塩を含有するpHが3以上12未満の水溶液に、増粘剤や、その他必要に応じて使用される成分(インジウム化合物など)を溶解させることによって形成することができる。更に、水溶性高沸点溶媒を使用する場合には、例えば、水と水溶性高沸点溶媒とを混合し、この混合溶媒を用いて前記水溶液を調製し、これをゲル状電解質の形成に使用すればよい。 Further, the gel-like electrolyte is prepared, for example, by dissolving a thickener and other components (indium compound, etc.) used as necessary in an aqueous solution containing a prepared electrolyte salt and having a pH of 3 or more and less than 12. Can be formed by. Further, when a water-soluble high boiling point solvent is used, for example, water and a water-soluble high boiling point solvent are mixed, the aqueous solution is prepared using this mixed solvent, and this is used for forming a gel electrolyte. Just do it.

また、カルボキシル基やその塩からなる官能基を分子内に有する増粘剤と、ゲル化促進剤として作用する多価金属塩とをゲル状電解質に使用する場合には、電解質塩を含有するpHが3以上12未満の水溶液に更に増粘剤を溶解させたものと、ゲル化促進剤(多価金属塩)を溶解させた水溶液とを混合する方法によって、ゲル状電解質を形成することが好ましい。このような調製方法を採用した場合には、電解質塩を含有するpHが3以上12未満の水溶液に増粘剤と多価金属塩とを添加する方法よりも、ゲル状電解質をより良好に形成することができる。更に、電解質塩を含有するpHが3以上12未満の水溶液に更に増粘剤を溶解させたものと、ゲル化促進剤(多価金属塩)を溶解させた水溶液とを、それぞれ電池のシート状外装体内に注入し、このシート状外装体内で両者を混合することが、より効率的かつ良好にゲル状電解質を形成できることから、特に好ましい。 Further, when a thickener having a functional group consisting of a carboxyl group or a salt thereof in the molecule and a polyvalent metal salt acting as a gelation accelerator are used for the gel electrolyte, the pH containing the electrolyte salt is used. It is preferable to form a gel-like electrolyte by a method of mixing an aqueous solution in which a thickener is further dissolved in an aqueous solution having a concentration of 3 or more and less than 12 and an aqueous solution in which a gelling accelerator (polyvalent metal salt) is dissolved. .. When such a preparation method is adopted, a gel-like electrolyte is formed better than a method of adding a thickener and a polyvalent metal salt to an aqueous solution containing an electrolyte salt and having a pH of 3 or more and less than 12. can do. Further, an aqueous solution containing an electrolyte salt and having a pH of 3 or more and less than 12 in which a thickener is further dissolved and an aqueous solution in which a gelation accelerator (polyvalent metal salt) is dissolved are each in the form of a battery sheet. It is particularly preferable to inject it into the outer body and mix the two in the sheet-like outer body because a gel-like electrolyte can be formed more efficiently and satisfactorily.

シート状空気電池のセパレータとしては、樹脂製の多孔質膜(微多孔膜、不織布など)や、セロファンフィルムに代表される半透膜などの、各種電池で一般的に採用されているセパレータが挙げられる。なお、シート状空気電池の短絡防止および負荷特性を向上させる観点からは、半透膜をセパレータに使用することが好ましい。 Examples of the separator for a sheet-type air battery include separators generally used in various batteries such as resin porous membranes (microporous membranes, non-woven films, etc.) and semipermeable membranes typified by cellophane films. Be done. From the viewpoint of preventing short circuits in the sheet-shaped air battery and improving the load characteristics, it is preferable to use a semipermeable membrane as the separator.

樹脂製の多孔質膜からなるセパレータを構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン-プロピレン共重合体などのポリオレフィンなどが挙げられる。 Examples of the resin constituting the separator made of a resin-made porous film include polyolefins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and an ethylene-propylene copolymer.

樹脂製のセパレータの場合、空孔率は30~80%であることが好ましく、また、厚みは10~100μmであることが好ましい。 In the case of a resin separator, the porosity is preferably 30 to 80%, and the thickness is preferably 10 to 100 μm.

また、セロファンフィルムなどの半透膜をセパレータに使用する場合、半透膜のみでセパレータを構成してもよい。しかしながら、半透膜は強度が小さいため、電池組み立て時の破損などの問題が発生しやすい。よって、特定の重合体で構成されるグラフトフィルムと、半透膜とを積層した積層体でセパレータを構成することも推奨される。 When a semipermeable membrane such as a cellophane film is used as the separator, the separator may be composed of only the semipermeable membrane. However, since the semipermeable membrane has low strength, problems such as damage during battery assembly are likely to occur. Therefore, it is also recommended to configure the separator with a laminate in which a graft film composed of a specific polymer and a semipermeable membrane are laminated.

グラフトフィルムを構成するグラフト重合体は、例えば、幹ポリマーであるポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレンなど)に、(メタ)アクリル酸またはその誘導体が、グラフト重合した形態を有するものである。ただし、グラフト重合体は前記の形態を有していればよく、ポリオレフィンに、(メタ)アクリル酸やその誘導体をグラフト重合させる方法により製造されたものでなくともよい。 The graft polymer constituting the graft film has, for example, a form in which (meth) acrylic acid or a derivative thereof is graft-polymerized with a polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.) which is a stem polymer. However, the graft polymer may have the above-mentioned form, and may not be produced by a method of graft-polymerizing (meth) acrylic acid or a derivative thereof with polyolefin.

前記グラフト重合体を構成する(メタ)アクリル酸またはその誘導体とは、下記一般式(1)によって表されるものである。なお、下記一般式(1)のうち、RはHまたはCHであり、RはHまたはNH、Na、K、Rb、Csなどの親水性置換基を意味している。 The (meth) acrylic acid or a derivative thereof constituting the graft polymer is represented by the following general formula (1). In the following general formula (1), R 1 is H or CH 3 , and R 2 means a hydrophilic substituent such as H or NH 4 , Na, K, Rb, and Cs.

Figure 0007017354000001
Figure 0007017354000001

前記のグラフトフィルムやセロファンフィルムは、これらのフィルムを構成する重合体自身が、電解質を吸収してイオンを透過する機能を有するものである。 The graft film and cellophane film described above have a function that the polymer itself constituting these films absorbs an electrolyte and permeates ions.

前記グラフトフィルムを構成するグラフト重合体は、下記式(2)で定義されるグラフト率が、160%以上であることが好ましい。グラフト重合体のグラフト率とグラフトフィルムの電気抵抗には相関関係があるため、グラフト率が上記のような値のグラフト重合体を用いることで、グラフトフィルムの電気抵抗が、20~120mΩ・inの好適値となるように制御することができる。なお、グラフトフィルムの電気抵抗は交流式電圧降下法(1kHz)により得られる値である。雰囲気温度を20~25℃とし、25±1℃の40%KOH(比重:1.400±0.005)水溶液中にフィルムを浸漬し、5~15時間後に取り出して、電気抵抗を測定すればよい。 The graft polymer constituting the graft film preferably has a graft ratio of 160% or more as defined by the following formula (2). Since there is a correlation between the graft ratio of the graft polymer and the electrical resistance of the graft film, the electrical resistance of the graft film is 20 to 120 mΩ · in 2 by using the graft polymer having the above-mentioned graft ratio. It can be controlled so as to have a suitable value of. The electrical resistance of the graft film is a value obtained by the AC voltage drop method (1 kHz). If the atmospheric temperature is 20 to 25 ° C, the film is immersed in a 40% KOH (specific gravity: 1.400 ± 0.005) aqueous solution at 25 ± 1 ° C, taken out after 5 to 15 hours, and the electrical resistance is measured. good.

グラフト率(%)=100×(A-B)/B (2) Graft rate (%) = 100 × (AB) / B (2)

前記式(2)中、A:グラフト重合体の質量(g)、B:グラフト重合体中の幹ポリマーの質量(g)である。なお、前記式(2)の「B(グラフト重合体中の幹ポリマーの質量)」は、例えば、グラフト重合体を、幹ポリマーであるポリオレフィンに、(メタ)アクリル酸やその誘導体をグラフト重合させる方法で形成する場合には、このグラフト重合に用いる幹ポリマーの質量をあらかじめ測定しておけばよい。また、前記グラフト重合体において、グラフト率が100%を超える場合があるのは、グラフト重合に用いるモノマー〔(メタ)アクリル酸やその誘導体〕同士が重合して、グラフト分子が長鎖となる場合があるからである。前記式(2)で定義されるグラフト重合体のグラフト率の上限値は、400%であることが好ましい。なお、前記の「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸とメタクリル酸とを纏めて表現したものである。 In the formula (2), A: the mass (g) of the graft polymer, B: the mass (g) of the stem polymer in the graft polymer. The "B (mass of the stem polymer in the graft polymer)" of the above formula (2) is, for example, graft-polymerizing the graft polymer to the polyolefin which is the stem polymer with (meth) acrylic acid or a derivative thereof. When it is formed by the method, the mass of the stem polymer used for this graft polymerization may be measured in advance. Further, in the graft polymer, the graft ratio may exceed 100% when the monomers used for the graft polymerization [(meth) acrylic acid or its derivative] are polymerized to form a long-chain graft molecule. Because there is. The upper limit of the graft ratio of the graft polymer defined by the above formula (2) is preferably 400%. The above-mentioned "(meth) acrylic acid" is a collective expression of acrylic acid and methacrylic acid.

セロファンフィルムのみで構成されるセパレータの場合、その厚みは、例えば、15μm以上であることが好ましく、また、40μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。 In the case of a separator composed of only a cellophane film, the thickness thereof is preferably, for example, 15 μm or more, preferably 40 μm or less, and more preferably 30 μm or less.

更に、グラフトフィルムとセロファンフィルムとの積層体で構成されるセパレータの場合、グラフトフィルムとセロファンフィルムとの合計厚みで、例えば、30μm以上であることが好ましく、40μm以上であることがより好ましく、また、70μm以下であることが好ましく、60μm以下であることがより好ましい。 Further, in the case of a separator composed of a laminate of a graft film and a cellophane film, the total thickness of the graft film and the cellophane film is preferably, for example, 30 μm or more, more preferably 40 μm or more, and further. , 70 μm or less, more preferably 60 μm or less.

更に、グラフトフィルムとセロファンフィルムの積層体で構成されるセパレータの場合、グラフトフィルムの厚みは、例えば、15μm以上であることが好ましく、25μm以上であることがより好ましく、また、30μm以下であることが好ましい。 Further, in the case of a separator composed of a laminate of a graft film and a cellophane film, the thickness of the graft film is preferably, for example, 15 μm or more, more preferably 25 μm or more, and 30 μm or less. Is preferable.

セパレータを構成するためのグラフトフィルムとセロファンフィルムとの積層体としては、例えば、株式会社ユアサメンブレンシステムから「YG9132」や「YG9122」、「YG2152」の名称で市販されているものが挙げられる。 Examples of the laminate of the graft film and the cellophane film for forming the separator include those commercially available from Yuasa Membrane System Co., Ltd. under the names of "YG9132", "YG9122", and "YG2152".

また、セロファンフィルムや、セロファンフィルムおよびグラフトフィルムと、ビニロン-レーヨン混抄紙のような吸液層(電解質保持層)とを組み合わせてセパレータを構成してもよい。このような吸液層の厚みは20~500μmであることが好ましい。 Further, the separator may be formed by combining a cellophane film, a cellophane film and a graft film with a liquid absorbing layer (electrolyte holding layer) such as vinylon-rayon mixed paper. The thickness of such a liquid absorbing layer is preferably 20 to 500 μm.

本発明のシート状空気電池は、前記の通り、シート状外装体を有している。外装缶を有する形態では使用し難い用途への適用が可能となるほか、外装缶を有する形態のものに比べて廃棄も容易になることから、環境負荷が小さい利点をより生かすことが期待できる。 As described above, the sheet-shaped air battery of the present invention has a sheet-shaped exterior body. In addition to being able to be applied to applications that are difficult to use in the form with an outer can, it is easier to dispose of than in the form with an outer can, so it can be expected to take advantage of the small environmental load.

シート状外装体は、例えば樹脂フィルムで構成することができ、このような樹脂フィルムとしては、ナイロンフィルム(ナイロン66フィルムなど)、ポリエステルフィルム〔ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなど〕などが挙げられる。樹脂フィルムの厚みは、20~100μmであることが好ましい。 The sheet-like exterior body can be made of, for example, a resin film, and examples of such a resin film include a nylon film (nylon 66 film and the like), a polyester film [polyethylene terephthalate (PET) film and the like], and the like. The thickness of the resin film is preferably 20 to 100 μm.

なお、シート状外装体の封止は、シート状外装体の上側の樹脂フィルムの端部と下側の樹脂フィルムの端部との熱融着によって行うことが一般的であるが、この熱融着をより容易にする目的で、前記例示の樹脂フィルムに熱融着樹脂層を積層してシート状外装体に用いてもよい。熱融着樹脂層を構成する熱融着樹脂としては、変性ポリオレフィンフィルム(変性ポリオレフィンアイオノマーフィルムなど)、ポリプロピレンおよびその共重合体などが挙げられる。熱融着樹脂層の厚みが20~100μmであることが好ましい。 It should be noted that the sealing of the sheet-shaped exterior body is generally performed by heat fusion between the end portion of the resin film on the upper side of the sheet-shaped exterior body and the end portion of the resin film on the lower side. For the purpose of facilitating attachment, a heat-fused resin layer may be laminated on the above-exemplified resin film and used for a sheet-like exterior body. Examples of the heat-sealed resin constituting the heat-sealed resin layer include a modified polyolefin film (modified polyolefin ionomer film and the like), polypropylene and a copolymer thereof. The thickness of the heat-sealed resin layer is preferably 20 to 100 μm.

また、樹脂フィルムには金属層を積層してもよい。金属層は、アルミニウムフィルム(アルミニウム箔。アルミニウム合金箔を含む。)、ステンレス鋼フィルム(ステンレス鋼箔。)などにより構成することができる。金属層の厚みが10~150μmであることが好ましい。 Further, a metal layer may be laminated on the resin film. The metal layer can be made of an aluminum film (aluminum foil, including an aluminum alloy foil), a stainless steel film (stainless steel foil), or the like. The thickness of the metal layer is preferably 10 to 150 μm.

また、シート状外装体を構成する樹脂フィルムは、前記の熱融着樹脂層と前記の金属層とが積層された構成のフィルムであってもよい。 Further, the resin film constituting the sheet-like exterior body may be a film having a structure in which the heat-sealed resin layer and the metal layer are laminated.

シート状外装体の形状は、平面視で多角形(三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形)であってもよく、平面視で円形や楕円形であってもよい。なお、平面視で多角形のシート状外装体の場合、正極および負極の端子部は、図1に示すように同一辺から外部へ引き出してもよく、それぞれを異なる辺から外部へ引き出しても構わない。 The shape of the sheet-like exterior body may be a polygon (triangle, quadrangle, pentagon, hexagon, heptagon, octagon) in a plan view, or may be a circle or an ellipse in a plan view. In the case of a polygonal sheet-like exterior body in a plan view, the terminal portions of the positive electrode and the negative electrode may be pulled out from the same side to the outside as shown in FIG. 1, or each may be pulled out from a different side to the outside. do not have.

また、図5に、シート状空気電池の他の例を模式的に表す平面図を示している。シート状空気電池における正極の端子部および負極の端子部は、電池が適用される機器などと電気的に接続できるように、シート状外装体から露出している箇所があればよく、図5に示すように、シート状外装体60の一部(熱融着部の一部)に孔を形成し、その孔によって正極20の端子部20bおよび負極30の端子部30bを露出させても構わない。シート状外装体の一部に孔を形成して正極および負極の端子部を露出させる形態とした場合には、シート状外装体に保護されて各端子部の破損が抑制されるため、比較的強度が小さい多孔性カーボンシートや金属箔を用いて正極や負極を形成しても、シート状空気電池の取り扱い性を高めることが可能となる。また、前記孔の代わりにシート状外装体の一部に切り欠きを設け、そこで正極20の端子部20bおよび負極30の端子部30bを露出させてもよい。 Further, FIG. 5 shows a plan view schematically showing another example of the sheet-shaped air battery. The positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the sheet-shaped air battery may be exposed from the sheet-shaped exterior body so that they can be electrically connected to the device to which the battery is applied, as shown in FIG. As shown, a hole may be formed in a part of the sheet-like exterior body 60 (a part of the heat-sealed portion), and the terminal portion 20b of the positive electrode 20 and the terminal portion 30b of the negative electrode 30 may be exposed by the holes. .. When a hole is formed in a part of the sheet-shaped exterior body to expose the terminal portions of the positive electrode and the negative electrode, the sheet-shaped exterior body protects the terminal portions and suppresses damage to each terminal portion. Even if a positive electrode or a negative electrode is formed by using a porous carbon sheet or a metal foil having low strength, it is possible to improve the handleability of the sheet-shaped air battery. Further, a notch may be provided in a part of the sheet-like exterior body instead of the hole, and the terminal portion 20b of the positive electrode 20 and the terminal portion 30b of the negative electrode 30 may be exposed there.

シート状空気電池には、図2に示すように、通常、正極と外装体との間に撥水膜を配するが、その撥水膜には、撥水性がある一方で空気を透過できる膜が使用される。このような撥水膜の具体例としては、PTFEなどのフッ素樹脂;ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン;などの樹脂で構成された膜などが挙げられる。撥水膜の厚みは、50~250μmであることが好ましい。 As shown in FIG. 2, the sheet-shaped air battery usually has a water-repellent film arranged between the positive electrode and the exterior body, and the water-repellent film is a film that is water-repellent but allows air to pass through. Is used. Specific examples of such a water-repellent film include a film made of a fluororesin such as PTFE; a polyolefin such as polypropylene and polyethylene; and a resin such as a resin. The thickness of the water-repellent film is preferably 50 to 250 μm.

また、外装体と撥水膜との間に、外装体内に取り込んだ空気を正極に供給するための空気拡散膜を配置してもよい。空気拡散膜には、セルロース、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、ナイロンなどの樹脂で構成された不織布を用いることができる。空気拡散膜の厚みは、100~250μmであることが好ましい。 Further, an air diffusion film for supplying the air taken into the outer body to the positive electrode may be arranged between the outer body and the water repellent film. As the air diffusion film, a non-woven fabric made of a resin such as cellulose, polyvinyl alcohol, polypropylene, or nylon can be used. The thickness of the air diffusion film is preferably 100 to 250 μm.

シート状空気電池の厚み(図2中aの長さ)については特に制限はなく、シート状空気電池の用途に応じて適宜変更できる。なお、シート状空気電池は薄型にできることがその利点の一つであり、かかる観点からは、その厚みは、例えば1mm以下であることが好ましい。 The thickness of the sheet-shaped air battery (length a in FIG. 2) is not particularly limited and can be appropriately changed according to the application of the sheet-shaped air battery. One of the advantages of the sheet-shaped air battery is that it can be made thin, and from this viewpoint, the thickness is preferably 1 mm or less, for example.

また、シート状空気電池の厚みの下限値についても特に制限はないが、一定の容量を確保するために、通常は、0.2mm以上とすることが好ましい。 Further, the lower limit of the thickness of the sheet-shaped air battery is not particularly limited, but it is usually preferably 0.2 mm or more in order to secure a certain capacity.

本発明のシート状空気電池は、例えば以下のようにして組み立てることができる。図6は、シート状空気電池の組み立て方法の一例を説明するものであり、シート状空気電池の各構成要素の配置(積層順序)を表している。 The sheet-shaped air battery of the present invention can be assembled, for example, as follows. FIG. 6 describes an example of an assembling method of the sheet-shaped air battery, and shows the arrangement (stacking order) of each component of the sheet-shaped air battery.

多孔性導電基材(多孔性カーボンシート)を図3に示す形状に打ち抜き、本体部と端子部とを有する正極20を作製する。同様に、金属箔(亜鉛合金箔)を図4に示す形状に打ち抜き、本体部と端子部とを有する負極30を作製する。また、セパレータ40(グラフトフィルムと半透膜との積層体)および撥水膜50(PTFE膜)は、あらかじめ所定の形状に打ち抜いておき、樹脂フィルム(アルミニウムラミネートフィルム)も所定の形状に打ち抜いて2枚のシート状外装体を作製する。 A porous conductive base material (porous carbon sheet) is punched into the shape shown in FIG. 3 to prepare a positive electrode 20 having a main body portion and a terminal portion. Similarly, a metal foil (zinc alloy foil) is punched into the shape shown in FIG. 4, and a negative electrode 30 having a main body portion and a terminal portion is manufactured. Further, the separator 40 (laminate of graft film and semipermeable membrane) and water repellent film 50 (PTFE film) are punched into a predetermined shape in advance, and the resin film (aluminum laminated film) is also punched into a predetermined shape. Two sheet-shaped exterior bodies are produced.

作製したシート状外装体のうち、正極側に配置される外装体60a(正極用外装体)には、正極20の本体部と対応する位置に空気孔61を形成し、更にその内面側に、ホットメルト樹脂を用いて前記撥水膜を熱溶着させる。また、負極側に配置される外装体60b(負極用外装体)には、端子部が配置された部分の熱溶着部の封止性を高めるため、前記端子部が位置する辺と平行に、ホットメルト樹脂70(変性ポリオレフィンアイオノマーフィルムなど)を取り付けておく。 Of the prepared sheet-shaped exterior bodies, the exterior body 60a (outer body for the positive electrode) arranged on the positive electrode side is formed with air holes 61 at positions corresponding to the main body of the positive electrode 20, and further on the inner surface side thereof. The water-repellent film is heat-welded using a hot melt resin. Further, in the exterior body 60b (exterior body for negative electrode) arranged on the negative electrode side, in order to improve the sealing property of the heat-welded portion of the portion where the terminal portion is arranged, the exterior body 60b is parallel to the side where the terminal portion is located. A hot melt resin 70 (modified polyolefin ionomer film, etc.) is attached.

次に、前記正極側に配置される外装体60aの撥水膜50の上に、前記正極20、前記セパレータ40および前記負極30を順に積層し、更に負極側に配置される外装体60bを、前記ホットメルト樹脂70が前記端子部の上に配置されるようにして重ね、2枚の外装体の周囲3辺を互いに熱溶着して袋状にし、その開口部から電解質を注入した後、前記開口部を熱溶着して封止し、シート状空気電池を作製する。 Next, the positive electrode 20, the separator 40, and the negative electrode 30 are laminated in this order on the water-repellent film 50 of the exterior body 60a arranged on the positive electrode side, and the exterior body 60b arranged on the negative electrode side is further laminated. The hot melt resin 70 is stacked so as to be arranged on the terminal portion, and the three sides around the two exterior bodies are heat-welded to each other to form a bag shape, and after injecting an electrolyte from the opening, the said. The opening is heat-welded and sealed to produce a sheet-shaped air battery.

なお、本発明のシート状空気電池では、負極の両側に正極を配置する構成とすることも可能であり、その場合は、2枚のシート状外装体は、どちらも正極に面することになるので、正極用外装体を2枚用意することになる。また、1枚のシート状外装体を折り返すことにより、一方の側を正極用外装体とし、もう一方の側を負極用外装体としてもよい。 In the sheet-shaped air battery of the present invention, it is possible to arrange the positive electrodes on both sides of the negative electrode, and in that case, both of the two sheet-shaped exterior bodies face the positive electrode. Therefore, two exterior bodies for the positive electrode will be prepared. Further, by folding back one sheet-shaped exterior body, one side may be used as a positive electrode exterior body and the other side may be used as a negative electrode exterior body.

本発明のシート状空気電池は、身体に装着可能なパッチ、特に、皮膚の表面に装着し、体温、脈拍、発汗量など身体の状況に関する測定を行うためのパッチなど、医療・健康用途の機器の電源として好適であり、また、従来から知られている空気電池が採用されている用途と同じ用途にも適用することができる。 The sheet-shaped air battery of the present invention is a device for medical / health use, such as a patch that can be attached to the body, particularly a patch that is attached to the surface of the skin to measure physical conditions such as body temperature, pulse, and sweating. It is suitable as a power source for the above, and can also be applied to the same applications in which a conventionally known air battery is adopted.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

(実施例1)
<正極>
DBP吸油量495cm/100g、比表面積1270m/gのカーボン(ケッチェンブラックEC600JD(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社)):30質量部と、アクリル系分散剤:15質量部と、SBR:60質量部と、水:500質量部とを混合して触媒含有層形成用組成物を作製した。
(Example 1)
<Positive electrode>
DBP oil absorption 495 cm 3/100 g, specific surface area 1270 m 2 / g carbon (Ketchen Black EC600JD (Lion Specialty Chemicals)): 30 parts by mass, acrylic dispersant: 15 parts by mass, SBR: 60 parts by mass And water: 500 parts by mass were mixed to prepare a composition for forming a catalyst-containing layer.

多孔性導電基材として多孔性のカーボンペーパー〔厚み:0.25mm、空孔率:75%、透気度(ガーレー):70秒/100ml〕を用い、前記触媒含有層形成用組成物を、乾燥後の塗布量が10mg/cmとなるよう前記基材の表面にストライプ塗布し、乾燥することにより、触媒含有層が形成された部分と形成されていない部分とを有する多孔性導電基材を得た。この多孔性導電基材を、触媒含有層が形成された15mm×15mmの大きさの本体部と、触媒含有層が形成されていない5mm×15mmの大きさの端子部とを有する形状に打ち抜いて、全体の厚みが0.27mmの正極(空気極)を作製した。 Using porous carbon paper [thickness: 0.25 mm, porosity: 75%, air permeability (garley): 70 seconds / 100 ml] as the porous conductive substrate, the composition for forming the catalyst-containing layer was prepared. A porous conductive substrate having a portion in which a catalyst-containing layer is formed and a portion in which a catalyst-containing layer is not formed by applying stripes to the surface of the substrate so that the coating amount after drying is 10 mg / cm 2 and drying. Got This porous conductive substrate is punched into a shape having a main body portion having a size of 15 mm × 15 mm in which a catalyst-containing layer is formed and a terminal portion having a size of 5 mm × 15 mm in which a catalyst-containing layer is not formed. , A positive electrode (air electrode) having an overall thickness of 0.27 mm was produced.

<負極>
添加元素としてIn:0.05%、Bi:0.04%およびAl:0.001%含有する亜鉛合金箔(厚み:0.05mm)を、15mm×15mmの大きさの本体部と、5mm×15mmの大きさの端子部とを有する形状に打ち抜いて、理論容量が約65mAhの負極を作製した。
<Negative electrode>
A zinc alloy foil (thickness: 0.05 mm) containing In: 0.05%, Bi: 0.04% and Al: 0.001% as additive elements is provided in a main body having a size of 15 mm × 15 mm and 5 mm ×. A negative electrode having a theoretical capacity of about 65 mAh was produced by punching into a shape having a terminal portion having a size of 15 mm.

<電解液>
電解液には、3.9mol/lの濃度の塩化アンモニウム水溶液(pH=4.3)を用いた。
<Electrolytic solution>
An aqueous ammonium chloride solution (pH = 4.3) having a concentration of 3.9 mol / l was used as the electrolytic solution.

<セパレータ>
セパレータには、ポリエチレン主鎖にアクリル酸をグラフト共重合させた構造を有するグラフト共重合体で構成された2枚のグラフトフィルム(1枚当たりの厚み:15μm)を、セロハンフィルム(厚み:20μm)の両側に配置したもの(全体の厚み:50μm)を用いた。
<Separator>
For the separator, two graft films (thickness per sheet: 15 μm) composed of a graft copolymer having a structure in which acrylic acid is graft-copolymerized on a polyethylene main chain are used, and a cellophane film (thickness: 20 μm) is used. (Overall thickness: 50 μm) arranged on both sides of the above was used.

<撥水膜>
撥水膜には、厚みが200μmの多孔性のPTFE製シートを用いた。
<Water repellent film>
As the water-repellent film, a porous PTFE sheet having a thickness of 200 μm was used.

<シート状外装体>
アルミニウム箔の外面にPETフィルムを有し、内面に熱融着樹脂層としてポリプロピレンフィルムを有する25mm×25mmの大きさのアルミラミネートフィルム(厚み:65μm)を2枚用いてシート状外装体とした。
<Sheet-like exterior>
Two aluminum laminated films (thickness: 65 μm) having a size of 25 mm × 25 mm having a PET film on the outer surface of the aluminum foil and a polypropylene film as a heat-sealing resin layer on the inner surface were used to form a sheet-like exterior body.

一方の外装体には、あらかじめ直径0.5mmの空気孔9個を縦4.5mm×横4.5mmの等間隔(空気孔同士の中心間距離は5mm)で規則的に形成し、更に、その内面側となる方に、ホットメルト樹脂を用いて前記撥水膜を熱溶着しておいた。また、もう一方の外装体には、正極および負極の端子部が配置される部分に、外装体の辺と平行に、変性ポリオレフィンアイオノマーフィルムを取り付けておいた。 On one exterior body, nine air holes having a diameter of 0.5 mm are regularly formed at equal intervals of 4.5 mm in length × 4.5 mm in width (the distance between the centers of the air holes is 5 mm), and further. The water-repellent film was heat-welded to the inner surface side using a hot melt resin. Further, on the other exterior body, a modified polyolefin ionomer film was attached in parallel with the sides of the exterior body at the portion where the terminal portions of the positive electrode and the negative electrode were arranged.

<電池の組み立て>
撥水膜を有するシート状外装体を下にして、その外装体の前記撥水膜の上に、前記正極、前記セパレータおよび前記負極を順に積層し、更に、もう1枚の外装体を、前記正極および前記負極の端子部の上に前記変性ポリオレフィンアイオノマーフィルムが位置するようにして重ねた。次に、2枚の外装体の周囲3辺を互いに熱溶着して袋状にし、更にその開口部から前記電解液0.1mlを注入した後、前記開口部を熱溶着して封止し、シート状空気電池を作製した。
<Battery assembly>
The positive electrode, the separator, and the negative electrode are laminated in this order on the water-repellent film of the exterior body with the sheet-like exterior body having the water-repellent film facing down, and another exterior body is further attached. The modified polyolefin ionomer film was laminated so as to be located on the terminals of the positive electrode and the negative electrode. Next, the three sides around the two exterior bodies are heat-welded to each other to form a bag, and then 0.1 ml of the electrolytic solution is injected through the opening, and then the opening is heat-welded and sealed. A sheet-shaped air battery was manufactured.

(比較例1)
<正極>
実施例1で用いたカーボン:75質量部と、PTFE:25質量部と、水とを混合し、ロール圧延して触媒含有層形成用のシートを作製した。次に、このシートを、SUS304製で700メッシュの金属網(線径:0.1mm、厚み:0.25mm)よりなる集電体に圧着させてから乾燥し、触媒含有層の大きさが15mm×15mmとなり、一端に集電体の露出部を有する形状に打ち抜いた。さらに、前記集電体の露出部に5mm×15mmの大きさのニッケルのリード線を溶接して端子部とし、全体の厚みが0.3mmの正極(空気極)を作製した。
(Comparative Example 1)
<Positive electrode>
The carbon: 75 parts by mass, PTFE: 25 parts by mass, and water used in Example 1 were mixed and rolled to prepare a sheet for forming a catalyst-containing layer. Next, this sheet was pressure-bonded to a current collector made of SUS304 and made of a 700 mesh metal mesh (wire diameter: 0.1 mm, thickness: 0.25 mm) and then dried, and the size of the catalyst-containing layer was 15 mm. It became × 15 mm and was punched into a shape having an exposed part of the current collector at one end. Further, a nickel lead wire having a size of 5 mm × 15 mm was welded to the exposed portion of the current collector to form a terminal portion, and a positive electrode (air electrode) having an overall thickness of 0.3 mm was produced.

<負極>
添加元素としてIn:500ppm、Bi:400ppmおよびAl:10ppmを含有する亜鉛合金粒子をカルボキシメチルセルロースの水溶液に分散させて負極用のペーストを作製した。次に、一端を圧縮して導電タブを形成したニッケル製の発泡基材(集電体)の空孔内に、前記ペーストを充填して乾燥させ、軽くプレスした後に、ペーストが充填された部分(負極合剤層)が15mm×15mmの大きさとなるよう切断した。さらに、前記導電タブに5mm×15mmの大きさのニッケルのリード線を溶接して端子部とし、前記亜鉛合金粒子を80mg含有する、理論容量が約65mAhの負極を作製した。
<Negative electrode>
Zinc alloy particles containing In: 500 ppm, Bi: 400 ppm and Al: 10 ppm as additive elements were dispersed in an aqueous solution of carboxymethyl cellulose to prepare a paste for a negative electrode. Next, the paste is filled in the pores of a nickel foam base material (current collector) having one end compressed to form a conductive tab, dried, lightly pressed, and then filled with the paste. (Negative electrode mixture layer) was cut so as to have a size of 15 mm × 15 mm. Further, a nickel lead wire having a size of 5 mm × 15 mm was welded to the conductive tab to form a terminal portion, and a negative electrode having a theoretical capacity of about 65 mAh containing 80 mg of the zinc alloy particles was prepared.

<電池の組み立て>
前記正極と前記負極を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を作製した。
<Battery assembly>
A sheet-shaped air battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode and the negative electrode were used.

実施例1および比較例1のシート状空気電池について、組み立て後に大気中で10分間放置してから、電池の開路電圧を測定した。更に、3.9kΩの放電抵抗を接続し、電池電圧が0.5Vに低下するまでの放電容量を測定した。それらの測定結果を表1に示す。 The sheet-shaped air batteries of Example 1 and Comparative Example 1 were left in the air for 10 minutes after assembly, and then the opening voltage of the batteries was measured. Further, a discharge resistance of 3.9 kΩ was connected, and the discharge capacity until the battery voltage dropped to 0.5 V was measured. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0007017354000002
Figure 0007017354000002

従来のシート状空気電池に比べて簡易な方法で作製することのできる本発明のシート状空気電池は、生産性に優れており、一方、表1に示しているように、従来のシート状空気電池と同様に、優れた特性を得ることができる。 The sheet-shaped air battery of the present invention, which can be manufactured by a simpler method than the conventional sheet-shaped air battery, is excellent in productivity, while, as shown in Table 1, the conventional sheet-shaped air battery is used. As with the battery, excellent characteristics can be obtained.

1 シート状空気電池
20 正極(空気極)
20a 正極の本体部
20b 正極の端子部
30 負極
30a 負極の本体部
30b 負極の端子部
40 セパレータ
50 撥水膜
60 シート状外装体
61 空気孔
70 ホットメルト樹脂
1 Sheet-shaped air battery 20 Positive electrode (air electrode)
20a Positive electrode body 20b Positive electrode terminal 30 Negative electrode 30a Negative electrode body 30b Negative electrode terminal 40 Separator 50 Water repellent film 60 Sheet-like exterior body 61 Air hole 70 Hot melt resin

Claims (8)

正極、負極、セパレータおよび電解質が、シート状外装体内に収容されてなるシート状空気電池であって、
前記正極は、多孔性導電基材を有し、
前記多孔性導電基材は、前記正極の集電体として機能する本体部と端子部とを有し、前記端子部は、前記シート状外装体の外部に少なくとも一部が露出しており、
前記負極は、金属箔を有し、
前記金属箔は、前記負極の活物質として機能する本体部と端子部とを有し、前記端子部は、前記シート状外装体の外部に少なくとも一部が露出しており、
前記負極の本体部における正極側の面全体が、前記セパレータに対向していることを特徴とするシート状空気電池。
A sheet-shaped air battery in which a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte are housed in a sheet-shaped exterior.
The positive electrode has a porous conductive substrate and has a porous conductive substrate.
The porous conductive substrate has a main body portion and a terminal portion that function as a current collector for the positive electrode, and the terminal portion has at least a part exposed to the outside of the sheet-like exterior body.
The negative electrode has a metal foil and
The metal foil has a main body portion and a terminal portion that function as an active material of the negative electrode, and the terminal portion has at least a part exposed to the outside of the sheet-like exterior body .
A sheet-shaped air battery characterized in that the entire surface of the main body of the negative electrode on the positive electrode side faces the separator .
前記多孔性導電基材が、繊維状カーボンで構成された多孔性カーボンシートである請求項1に記載のシート状空気電池。 The sheet-shaped air battery according to claim 1, wherein the porous conductive base material is a porous carbon sheet made of fibrous carbon. 前記正極の本体部を構成する多孔性導電基材の表面または内部に、カーボン触媒が担持されている請求項1または2に記載のシート状空気電池。 The sheet-shaped air battery according to claim 1 or 2, wherein a carbon catalyst is supported on the surface or inside of a porous conductive base material constituting the main body of the positive electrode. 前記シート状外装体に、孔または切り欠きが形成されており、
前記孔または切り欠きから、前記正極および前記負極の端子部が露出している請求項1~3のいずれかに記載のシート状空気電池。
A hole or a notch is formed in the sheet-like exterior body, and the sheet-like exterior body has a hole or a notch.
The sheet-shaped air battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the positive electrode and the terminal portion of the negative electrode are exposed from the hole or the notch.
前記金属箔が、亜鉛もしくは亜鉛合金の箔、マグネシウムもしくはマグネシウム合金の箔、またはアルミニウムもしくはアルミニウム合金の箔である請求項1~4のいずれかに記載のシート状空気電池。 The sheet-shaped air battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal foil is a zinc or a zinc alloy foil, a magnesium or a magnesium alloy foil, or an aluminum or an aluminum alloy foil. 前記電解質は、電解質塩を含有するpHが3以上12未満の水溶液により構成された請求項1~5のいずれかに記載のシート状空気電池。 The sheet-shaped air battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the electrolyte is an aqueous solution containing an electrolyte salt and having a pH of 3 or more and less than 12. 前記電解質を構成する水溶液がゲル化されている請求項6に記載のシート状空気電池。 The sheet-shaped air battery according to claim 6, wherein the aqueous solution constituting the electrolyte is gelled. 身体に装着可能なパッチであって、電源として、請求項1~7のいずれかに記載のシート状空気電池を備えていることを特徴とするパッチ。 A patch that can be attached to a body and is characterized by having a sheet-shaped air battery according to any one of claims 1 to 7 as a power source.
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