JPWO2014061491A1 - 電池用電極体、アノードおよび金属空気電池 - Google Patents
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Abstract
本発明の電池用電極体は、電極活物質である金属を主成分として含む第１金属部と、第１金属部の表面の一部に接触する第１構造部材と、第１金属部の表面の他の部分に接触する被覆部材とを備え、第１金属部、第１構造部材および前記被覆部材は、第１金属部に含まれる金属が露出するように、第１構造部材と前記被覆部材との間で第１金属部を分割すること又は前記被覆部材を第１金属部から離脱させることができるように設けられたことを特徴とする。
Description
本発明は、電池用電極体、アノードおよび金属空気電池に関する。
金属からなる電極活物質を有する金属電極をアノードとし、空気極をカソードとする金属空気電池は、高いエネルギー密度を有するため、次世代の電池として注目されている。
金属空気電池を二次電池として用いると充電時に電池内部において金属電極から空気極に向けて樹枝状のデンドライトが生成し短絡の原因となる場合がある。このため、金属空気電池を一次電池として用い、副生成物である金属酸化物などを還元処理することにより、金属からなる電極活物質を製造し金属空気電池に供給するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
金属空気電池を二次電池として用いると充電時に電池内部において金属電極から空気極に向けて樹枝状のデンドライトが生成し短絡の原因となる場合がある。このため、金属空気電池を一次電池として用い、副生成物である金属酸化物などを還元処理することにより、金属からなる電極活物質を製造し金属空気電池に供給するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
一次電池として用いられる金属空気電池として亜鉛空気電池が挙げられる。図２６は亜鉛空気電池の放電反応を説明するための模式的な断面図である。亜鉛空気電池は、図２６に示すようにアルカリ性電解液１０３中に電極活物質である金属亜鉛を含む亜鉛電極１０１を設け、空気極１０５を電解液１０３と接するアニオン交換膜１０６上に設けた構造を有しており、放電反応が進行することにより亜鉛電極１０１と空気極１０５とから電力を出力する。なお、空気極１０５は、一般的にカーボン担体に空気極触媒を担持したものが用いられる。
亜鉛空気電池の放電反応において、亜鉛電極１０１の金属亜鉛がアルカリ性電解液１０３中の水酸化物イオンと反応し、水酸化亜鉛となり亜鉛電極１０１中に電子を放出する。その後、この水酸化亜鉛は脱水して酸化亜鉛が電解液中に析出する。また、空気極１０５において、電子と水と酸素が反応することにより水酸化物イオンが生成され、この水酸化物イオンは、アニオン交換膜１０６を伝導し、アルカリ性電解液１０３に移動する。このような放電反応が進行すると、亜鉛電極１０１の金属亜鉛が消費されるため、亜鉛空気電池に電極活物質である金属亜鉛を供給する必要がある。
また、複数の金属電極を電解液槽中に挿入することにより、金属空気電池に金属からなる電極活物質を供給する金属空気電池が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、従来の金属空気電池を一次電池として用いるシステムでは、製造した金属からなる電極活物質を金属空気電池の設置場所まで運搬する必要があり、運搬中に電極活物質の表面が空気酸化され、酸化被膜が形成される。表面に酸化被膜が形成されたまま電極活物質を金属空気電池に供給して発電させると、酸化被膜により放電反応が阻害されるため、電池性能が低下するという問題がある。このため、電極活物質を金属空気電池内に供給する前に表面の酸化被膜を除去する必要がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属からなる電極活物質の表面に酸化被膜が形成されることを抑制して電極活物質を貯蔵・運搬することができ、かつ、酸化被膜が形成されていない分割面を有するアノード又は酸化被膜が形成されていない表面を有するアノードを形成することができる電池用電極体を提供する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属からなる電極活物質の表面に酸化被膜が形成されることを抑制して電極活物質を貯蔵・運搬することができ、かつ、酸化被膜が形成されていない分割面を有するアノード又は酸化被膜が形成されていない表面を有するアノードを形成することができる電池用電極体を提供する。
本発明は、電極活物質である金属を主成分として含む第１金属部と、第１金属部の表面の一部に接触する第１構造部材と、第１金属部の表面の他の部分に接触する被覆部材とを備え、第１金属部、第１構造部材および前記被覆部材は、第１金属部に含まれる金属が露出するように、第１構造部材と前記被覆部材との間で第１金属部を分割すること又は前記被覆部材を第１金属部から離脱させることができるように設けられたことを特徴とする電池用電極体を提供する。
本発明によれば、電池用電極体は電極活物質である金属を主成分として含む第１金属部を備えるため、電池用電極体を貯蔵・運搬することにより、電極反応を進行させる表面に酸化被膜が形成すること無く、電極活物質を貯蔵・運搬することができる。
本発明によれば、第１金属部の表面の一部に接触する第１構造部材と、第１金属部の表面の他の部分に接触する被覆部材とを備えるため、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。また、第１構造部材および被覆部材と接触する第１金属部の表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。
本発明によれば、第１金属部、第１構造部材および前記被覆部材は、第１金属部に含まれる金属が露出するように、第１構造部材と前記被覆部材との間で第１金属部を分割すること又は前記被覆部材を第１金属部から離脱させることができるように設けられるため、第１金属部の内部又は表面の電極活物質である金属を露出させた表面を有する電極を得ることができる。得られた電極をアノードとして金属空気電池本体に組み込み、金属空気電池により発電すると、電極活物質である金属を露出させた表面には酸化被膜が形成されていないため、電極反応をスムーズに進行させることができ、発電性能が低下することを抑制することができる。また、電極表面の酸化被膜を除去する工程を行う必要がなく、コストを低減することができる。
本発明によれば、第１金属部上に配置されるように設けられた第１構造部材を備えるため、第１金属部を損傷することなく取り扱うことができる。また、第１構造部材を介して第１金属部から集電することも可能である。
本発明によれば、第１金属部の表面の一部に接触する第１構造部材と、第１金属部の表面の他の部分に接触する被覆部材とを備えるため、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。また、第１構造部材および被覆部材と接触する第１金属部の表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。
本発明によれば、第１金属部、第１構造部材および前記被覆部材は、第１金属部に含まれる金属が露出するように、第１構造部材と前記被覆部材との間で第１金属部を分割すること又は前記被覆部材を第１金属部から離脱させることができるように設けられるため、第１金属部の内部又は表面の電極活物質である金属を露出させた表面を有する電極を得ることができる。得られた電極をアノードとして金属空気電池本体に組み込み、金属空気電池により発電すると、電極活物質である金属を露出させた表面には酸化被膜が形成されていないため、電極反応をスムーズに進行させることができ、発電性能が低下することを抑制することができる。また、電極表面の酸化被膜を除去する工程を行う必要がなく、コストを低減することができる。
本発明によれば、第１金属部上に配置されるように設けられた第１構造部材を備えるため、第１金属部を損傷することなく取り扱うことができる。また、第１構造部材を介して第１金属部から集電することも可能である。
本発明の電池用電極体は、電極活物質である金属を主成分として含む金属部と、前記金属部の表面に接触する第１構造部材および第２構造部材（被覆部材）とを備え、前記金属部は、前記金属部の内部の金属が露出するように第１および第２電極活物質部へ分割できるように設けられ、第１構造部材は、第１電極活物質部上に配置されるように設けられ、第２構造部材は、第２電極活物質部上に配置されるように設けられたことを特徴とする。
本発明によれば、金属部は内部の金属が露出するように第１および第２電極活物質部へ分割できるように設けられるため、分割面の金属が露出した第１および第２電極活物質部を得ることができる。得られた第１および第２電極活物質部をアノードとして金属空気電池本体に組み込み、金属空気電池により発電すると、第１および第２電極活物質部の分割面には酸化被膜が形成されていないため、電極反応をスムーズに進行させることができ、発電性能が低下することを抑制することができる。また、電極活物質部の酸化被膜を除去する工程を行う必要がなく、コストを低減することができる。
本発明によれば、第１電極活物質部上に配置されるように設けられた第１構造部材を備えるため、金属部を分割することにより得られる第１電極活物質部を損傷することなく取り扱うことができる。また、第１構造部材を介して第１電極活物質部から集電することも可能である。
本発明によれば、第２電極活物質部上に配置されるように設けられた第２構造部材を備えるため、金属部を分割することにより得られる第２電極活物質部を損傷することなく取り扱うことができる。また、第２構造部材を介して第２電極活物質部から集電することも可能である。
本発明において、電池用電極体とは、電池の電極活物質である金属を含むものであり、主に電極活物質を輸送するときや貯蔵するときに形成される。
本発明によれば、金属部は内部の金属が露出するように第１および第２電極活物質部へ分割できるように設けられるため、分割面の金属が露出した第１および第２電極活物質部を得ることができる。得られた第１および第２電極活物質部をアノードとして金属空気電池本体に組み込み、金属空気電池により発電すると、第１および第２電極活物質部の分割面には酸化被膜が形成されていないため、電極反応をスムーズに進行させることができ、発電性能が低下することを抑制することができる。また、電極活物質部の酸化被膜を除去する工程を行う必要がなく、コストを低減することができる。
本発明によれば、第１電極活物質部上に配置されるように設けられた第１構造部材を備えるため、金属部を分割することにより得られる第１電極活物質部を損傷することなく取り扱うことができる。また、第１構造部材を介して第１電極活物質部から集電することも可能である。
本発明によれば、第２電極活物質部上に配置されるように設けられた第２構造部材を備えるため、金属部を分割することにより得られる第２電極活物質部を損傷することなく取り扱うことができる。また、第２構造部材を介して第２電極活物質部から集電することも可能である。
本発明において、電池用電極体とは、電池の電極活物質である金属を含むものであり、主に電極活物質を輸送するときや貯蔵するときに形成される。
本発明の電池用電極体において、第１および第２構造部材は、実質的に前記金属部の表面の全体を覆うことが好ましい。また、第１および第２構造部材は、金属部の表面と向かい合うすべての表面において、金属部と接触している又は密着していることが好ましい。さらに、第１構造部材の端部と第２構造部材の端部とは接触または密着し、金属部は、この接触または密着している部分を含む面において分割できるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。また、第１および第２構造部材と接触する金属部の表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。
本発明の電池用電極体において、第１および第２構造部材は、それぞれ導電性材料からなることが好ましい。
このような構成によれば、電池用電極体からアノードを形成した際に、第１構造部材または第２構造部材を集電体として機能させることができる。
このような構成によれば、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。また、第１および第２構造部材と接触する金属部の表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。
本発明の電池用電極体において、第１および第２構造部材は、それぞれ導電性材料からなることが好ましい。
このような構成によれば、電池用電極体からアノードを形成した際に、第１構造部材または第２構造部材を集電体として機能させることができる。
本発明の電池用電極体において、第１および第２構造部材は、それぞれ前記金属部の表面に接触する導電性の集電部と、絶縁性の絶縁部とを備えていてもよい。
このような構成によれば、電池用電極体からアノードを形成した際に、集電部を集電体として機能させることができ、絶縁部により短絡電流が流れることを抑制することができる。
本発明の電池用電極体において、前記絶縁部の一部は、前記集電部の外側に設けられていてもよい。この場合、前記絶縁部と前記集電部とが直接向かい合う全ての面で接触していることが好ましく、前記絶縁部と前記集電部とが直接向かい合う全ての面で密着していることがより好ましい。
このような構成によれば、絶縁部により短絡電流が流れることを抑制することができる。
このような構成によれば、電池用電極体からアノードを形成した際に、集電部を集電体として機能させることができ、絶縁部により短絡電流が流れることを抑制することができる。
本発明の電池用電極体において、前記絶縁部の一部は、前記集電部の外側に設けられていてもよい。この場合、前記絶縁部と前記集電部とが直接向かい合う全ての面で接触していることが好ましく、前記絶縁部と前記集電部とが直接向かい合う全ての面で密着していることがより好ましい。
このような構成によれば、絶縁部により短絡電流が流れることを抑制することができる。
本発明の電池用電極体において、第１および第２構造部材は、それぞれ接続端子を備えることが好ましい。
このような構成によれば、第１構造部材または第２構造部材を集電体として機能させたとき、接続端子を介して電極活物質部が外部回路と電気的に接続することができる。
本発明の電池用電極体において、前記金属部は、第１および第２主要面が前記金属と接触する膜部を備え、かつ、前記膜部を前記金属から剥がすことにより第１および第２電極活物質部へ分割できるように設けられていてもよい。
このような構成によれば、金属部を構成する金属を膜部から剥がすことにより、金属部を第１および第２電極活物質部へ容易に分割することができる。
このような構成によれば、第１構造部材または第２構造部材を集電体として機能させたとき、接続端子を介して電極活物質部が外部回路と電気的に接続することができる。
本発明の電池用電極体において、前記金属部は、第１および第２主要面が前記金属と接触する膜部を備え、かつ、前記膜部を前記金属から剥がすことにより第１および第２電極活物質部へ分割できるように設けられていてもよい。
このような構成によれば、金属部を構成する金属を膜部から剥がすことにより、金属部を第１および第２電極活物質部へ容易に分割することができる。
本発明の電池用電極体において、前記金属は、金属亜鉛、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウム、金属鉄、金属リチウムまたは金属ナトリウムであることが好ましい。
このような構成によれば、表面に酸化被膜が形成すること無く電極活物質となる金属を貯蔵・輸送することができる。
本発明は、本発明の電池用電極体を分割することにより得られる第１電極活物質部および第１構造部材を備えるアノードも提供する。
本発明のアノードによれば、本発明の電池用電極体を分割することにより得られる第１電極活物質部および第１構造部材を備えるため、電池用電極体として貯蔵・輸送し、分割して得られた酸化被膜が形成されていない分割面を有する電極活物質を直接電池に組み込むことができる。
このような構成によれば、表面に酸化被膜が形成すること無く電極活物質となる金属を貯蔵・輸送することができる。
本発明は、本発明の電池用電極体を分割することにより得られる第１電極活物質部および第１構造部材を備えるアノードも提供する。
本発明のアノードによれば、本発明の電池用電極体を分割することにより得られる第１電極活物質部および第１構造部材を備えるため、電池用電極体として貯蔵・輸送し、分割して得られた酸化被膜が形成されていない分割面を有する電極活物質を直接電池に組み込むことができる。
本発明は、本発明の電池用電極体を分割することにより得られる第１電極活物質部および第１構造部材と、第２電極活物質部および第２構造部材とを備え、第１構造部材と第２構造部材とが接合するアノードも提供する。
本発明のアノードによれば、本発明の電池用電極体を分割することにより得られる第１電極活物質部および第１構造部材と、第２電極活物質部および第２構造部材とを備えるため、電池用電極体として貯蔵・輸送し、分割・接合して得られた酸化被膜が形成されていない分割面を有する電極活物質を直接電池に組み込むことができる。このような構成によれば、第１構造部材と第２構造部材とを接合することにより、より多くの電極活物質を一度に電池に組み込むことができるため、長時間の発電が可能になり、新たな電極活物質の電池への組み込みの回数を低減することができる。また、このような構成によれば、第１構造部材と第２構造部材とを接合することにより、第１電極活物質部の表面および第２電極活物質部の表面の両方を電極反応が進行する表面とすることができるため、裏表を区別する必要が無く、組み込む際に向きの間違いを防止することができる。
本発明は、本発明のアノードと、電解液を溜める電解液槽と、カソードとなる空気極とを備え、前記アノードは、前記電解液槽内に挿入することができ、かつ、前記電解液槽内から抜き出すことができるように設けられた金属空気電池も提供する。
本発明の金属空気電池によれば、電池用電極体として貯蔵・輸送し、分割して得られた電極活物質を金属空気電池に供給することにより、発電することができる。また、電極活物質部は表面に酸化被膜が形成されていない分割面を有する状態で金属空気電池に供給され、分割面において電極反応をすぐに進行させることができるため、本発明の金属空気電池は、優れた初期特性を有している。
本発明のアノードによれば、本発明の電池用電極体を分割することにより得られる第１電極活物質部および第１構造部材と、第２電極活物質部および第２構造部材とを備えるため、電池用電極体として貯蔵・輸送し、分割・接合して得られた酸化被膜が形成されていない分割面を有する電極活物質を直接電池に組み込むことができる。このような構成によれば、第１構造部材と第２構造部材とを接合することにより、より多くの電極活物質を一度に電池に組み込むことができるため、長時間の発電が可能になり、新たな電極活物質の電池への組み込みの回数を低減することができる。また、このような構成によれば、第１構造部材と第２構造部材とを接合することにより、第１電極活物質部の表面および第２電極活物質部の表面の両方を電極反応が進行する表面とすることができるため、裏表を区別する必要が無く、組み込む際に向きの間違いを防止することができる。
本発明は、本発明のアノードと、電解液を溜める電解液槽と、カソードとなる空気極とを備え、前記アノードは、前記電解液槽内に挿入することができ、かつ、前記電解液槽内から抜き出すことができるように設けられた金属空気電池も提供する。
本発明の金属空気電池によれば、電池用電極体として貯蔵・輸送し、分割して得られた電極活物質を金属空気電池に供給することにより、発電することができる。また、電極活物質部は表面に酸化被膜が形成されていない分割面を有する状態で金属空気電池に供給され、分割面において電極反応をすぐに進行させることができるため、本発明の金属空気電池は、優れた初期特性を有している。
本発明の金属空気電池において、前記アノードは、第１電極活物質部の分割面または第２電極活物質部の分割面が前記空気極側となるように配置されることが好ましい。
このような構成によれば、電極活物質の表面に酸化被膜が形成されていない分割面と空気極との距離を短くすることができ、発電効率を高くすることができる。
本発明の金属空気電池において、前記アノードと前記空気極との間に設けられたイオン交換膜をさらに備え、前記イオン交換膜は、第１主要面が前記電解液槽に溜める電解液に接触し、第２主要面が前記空気極と接触することが好ましい。
このような構成によれば、空気極と電解液との間を移動するイオン種を限定することができ、空気極において金属や炭酸化合物が析出することを抑制することができる。
このような構成によれば、電極活物質の表面に酸化被膜が形成されていない分割面と空気極との距離を短くすることができ、発電効率を高くすることができる。
本発明の金属空気電池において、前記アノードと前記空気極との間に設けられたイオン交換膜をさらに備え、前記イオン交換膜は、第１主要面が前記電解液槽に溜める電解液に接触し、第２主要面が前記空気極と接触することが好ましい。
このような構成によれば、空気極と電解液との間を移動するイオン種を限定することができ、空気極において金属や炭酸化合物が析出することを抑制することができる。
また、本発明の電池用電極体は、電極活物質である金属を主成分として含む第１金属部と、第１金属部の表面の一部に接触する第１構造部材と、電極表面となる第１金属部の表面に接触するカバー部材（被覆部材）とを備え、前記カバー部材は、第１金属部の表面の金属が露出するように第１金属部から離脱させることができるように設けられたことを特徴とする。
本発明によれば、電池用電極体は電極活物質である金属を主成分として含む第１金属部を備えるため、電池用電極体を貯蔵・運搬することにより、表面に酸化被膜が形成すること無く電極活物質を貯蔵・運搬することができる。
本発明によれば、第１金属部の表面の一部に接触する構造部材と、電極表面となる第１金属部の表面に接触するカバー部材とを備えるため、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。また、構造部材およびカバー部材と接触する第１金属部の表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。
本発明によれば、第１金属部の表面の金属が露出するように第１金属部から離脱させることができるように設けられたカバー部材（被覆部材）を備えるため、カバー部材を第１金属部から離脱させることにより、電極表面となる第１金属部の表面の金属を露出させたアノードを製造することができる。得られたアノードを金属空気電池本体に組み込み、発電させると、第１金属部の露出させた表面には酸化被膜が形成されていないため、電極反応をスムーズに進行させることができ、発電性能が低下することを抑制することができる。また、第１金属部の酸化被膜を除去する工程を行う必要がなく、コストを低減することができる。
本発明によれば、第１金属部の表面に接触する構造部材を備えるため、構造部材を介して第１金属部から集電することが可能である。
本発明によれば、電池用電極体は電極活物質である金属を主成分として含む第１金属部を備えるため、電池用電極体を貯蔵・運搬することにより、表面に酸化被膜が形成すること無く電極活物質を貯蔵・運搬することができる。
本発明によれば、第１金属部の表面の一部に接触する構造部材と、電極表面となる第１金属部の表面に接触するカバー部材とを備えるため、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。また、構造部材およびカバー部材と接触する第１金属部の表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。
本発明によれば、第１金属部の表面の金属が露出するように第１金属部から離脱させることができるように設けられたカバー部材（被覆部材）を備えるため、カバー部材を第１金属部から離脱させることにより、電極表面となる第１金属部の表面の金属を露出させたアノードを製造することができる。得られたアノードを金属空気電池本体に組み込み、発電させると、第１金属部の露出させた表面には酸化被膜が形成されていないため、電極反応をスムーズに進行させることができ、発電性能が低下することを抑制することができる。また、第１金属部の酸化被膜を除去する工程を行う必要がなく、コストを低減することができる。
本発明によれば、第１金属部の表面に接触する構造部材を備えるため、構造部材を介して第１金属部から集電することが可能である。
本発明の電池用電極体において、第１構造部材および前記カバー部材の両方は、実質的に第１金属部の表面の全体を覆うことが好ましい。また、第１構造部材およびカバー部材は、第１金属部と向かい合うすべての表面において、第１金属部と接触している又は密着していることが好ましい。さらに、第１構造部材の端部とおよびカバー部材の端部とは接触又は密着していることが好ましい。
このような構成によれば、第１金属部の表面の実質的な全体において、酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。
本発明の電池用電極体において、電極活物質である金属を主成分として含む第２金属部をさらに備え、第１構造部材は、２つの主要面を有し、かつ、一方の主要面が第１金属部の表面の一部に接触し、他方の主要面が第２金属部の表面の一部に接触し、前記カバー部材は、電極表面となる第２金属部の表面に接触し、かつ、第２金属部の表面の金属が露出するように第２金属部から離脱させることができるように設けられたことが好ましい。また、構造部材と金属部とが接触している部分および金属部とカバー部材とが接触している部分は、それぞれ密着していることがより好ましい。
このような構成によれば、第１構造部材の両面上に金属部を設けることができるため、この電池用電極体から作製したアノードにおいて電極反応が進行する表面を広くすることができる。また、第１構造部材の両面上に金属部を設けることができるため、この電池用電極体から作製したアノードにおいて長時間の発電が可能になり、新たな電極活物質の電池への組み込みの回数を低減することができる。さらに、第１構造部材の両面上に金属部を設けることができるため、第１金属部および第２金属部の両方がアノードの表面になるため、裏表を区別する必要が無く、組み込む際に向きの間違いを防止することができる。加えて、第１構造部材を集電体として機能させた場合、第１構造部材は金属部から効率よく集電することができる。
このような構成によれば、第１金属部の表面の実質的な全体において、酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。
本発明の電池用電極体において、電極活物質である金属を主成分として含む第２金属部をさらに備え、第１構造部材は、２つの主要面を有し、かつ、一方の主要面が第１金属部の表面の一部に接触し、他方の主要面が第２金属部の表面の一部に接触し、前記カバー部材は、電極表面となる第２金属部の表面に接触し、かつ、第２金属部の表面の金属が露出するように第２金属部から離脱させることができるように設けられたことが好ましい。また、構造部材と金属部とが接触している部分および金属部とカバー部材とが接触している部分は、それぞれ密着していることがより好ましい。
このような構成によれば、第１構造部材の両面上に金属部を設けることができるため、この電池用電極体から作製したアノードにおいて電極反応が進行する表面を広くすることができる。また、第１構造部材の両面上に金属部を設けることができるため、この電池用電極体から作製したアノードにおいて長時間の発電が可能になり、新たな電極活物質の電池への組み込みの回数を低減することができる。さらに、第１構造部材の両面上に金属部を設けることができるため、第１金属部および第２金属部の両方がアノードの表面になるため、裏表を区別する必要が無く、組み込む際に向きの間違いを防止することができる。加えて、第１構造部材を集電体として機能させた場合、第１構造部材は金属部から効率よく集電することができる。
本発明の電池用電極体において、第１構造部材および前記カバー部材の両方は、実質的に第２金属部の表面の全体を覆うことが好ましい。
このような構成によれば、第２金属部の表面の実質的な全体において、酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。
本発明の電池用電極体において、電極活物質である金属を主成分として含む第２金属部と、第２金属部の表面の一部に接触する第３構造部材とをさらに備え、前記カバー部材は、電極表面となる第２金属部の表面に接触し、かつ、第２金属部の表面の金属が露出するように第２金属部から離脱させることができるように設けられたことが好ましい。また、構造部材と金属部とが接触している部分および金属部とカバー部材とが接触している部分は、それぞれ密着していることがより好ましい。
このような構成によれば、１つの電池用電極体から第１金属部および第１構造部材を有するアノードと、第２金属部および第３構造部材を有するアノードとを作製することができる。また、１つのカバー部材により第１金属部の表面と第２金属部の表面の両方を覆うことができるため、部品数を低減することができる。
このような構成によれば、第２金属部の表面の実質的な全体において、酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。
本発明の電池用電極体において、電極活物質である金属を主成分として含む第２金属部と、第２金属部の表面の一部に接触する第３構造部材とをさらに備え、前記カバー部材は、電極表面となる第２金属部の表面に接触し、かつ、第２金属部の表面の金属が露出するように第２金属部から離脱させることができるように設けられたことが好ましい。また、構造部材と金属部とが接触している部分および金属部とカバー部材とが接触している部分は、それぞれ密着していることがより好ましい。
このような構成によれば、１つの電池用電極体から第１金属部および第１構造部材を有するアノードと、第２金属部および第３構造部材を有するアノードとを作製することができる。また、１つのカバー部材により第１金属部の表面と第２金属部の表面の両方を覆うことができるため、部品数を低減することができる。
本発明の電池用電極体において、第３構造部材および前記カバー部材の両方は、実質的に第２金属部の表面の全体を覆うことが好ましい。
このような構成によれば、第２金属部の表面の実質的な全体において、酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。
本発明の電池用電極体において、電極活物質である金属を主成分として含む第２金属部と、第２金属部の表面の一部に接触する第３構造部材とをさらに備え、第１構造部材は、電極表面となる第２金属部の表面に接触し、かつ、第２金属部の表面の金属が露出するように第２金属部から離脱させることができるように設けられたことが好ましい。また、構造部材と金属部とが接触している部分および金属部とカバー部材とが接触している部分は、それぞれ密着していることがより好ましい。
このような構成によれば、１つの電池用電極体から第１金属部および第１構造部材を有するアノードと、第２金属部および第３構造部材を有するアノードとを作製することができる。また、第１構造部材により第２金属部を覆うことができるため、部品数を低減することができる。さらに、カバー部材は、第２金属部の表面を覆わず、第１金属部の表面を覆うように設けることができるため、カバー部材を小さくすることができる。
このような構成によれば、第２金属部の表面の実質的な全体において、酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。
本発明の電池用電極体において、電極活物質である金属を主成分として含む第２金属部と、第２金属部の表面の一部に接触する第３構造部材とをさらに備え、第１構造部材は、電極表面となる第２金属部の表面に接触し、かつ、第２金属部の表面の金属が露出するように第２金属部から離脱させることができるように設けられたことが好ましい。また、構造部材と金属部とが接触している部分および金属部とカバー部材とが接触している部分は、それぞれ密着していることがより好ましい。
このような構成によれば、１つの電池用電極体から第１金属部および第１構造部材を有するアノードと、第２金属部および第３構造部材を有するアノードとを作製することができる。また、第１構造部材により第２金属部を覆うことができるため、部品数を低減することができる。さらに、カバー部材は、第２金属部の表面を覆わず、第１金属部の表面を覆うように設けることができるため、カバー部材を小さくすることができる。
本発明の電池用電極体において、第１および第３構造部材の両方は、実質的に第２金属部の表面の全体を覆うことが好ましい。
このような構成によれば、第２金属部の表面の実質的な全体において、酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。
本発明の電池用電極体において、第１または第３構造部材は、導電性材料からなることが好ましい。
このような構成によれば、本発明の電池用電極体から作製したアノードにおいて、第１または第３構造部材を集電体として機能させることができる。
このような構成によれば、第２金属部の表面の実質的な全体において、酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、電極活物質を貯蔵・運搬する際に、電極活物質が破損したり、電極活物質に不純物が混入したりすることを防止することができる。
本発明の電池用電極体において、第１または第３構造部材は、導電性材料からなることが好ましい。
このような構成によれば、本発明の電池用電極体から作製したアノードにおいて、第１または第３構造部材を集電体として機能させることができる。
本発明の電池用電極体において、第１または第３構造部材は、第１または第２金属部の表面に接触する導電性の集電部と、絶縁性の絶縁部とを備えていてもよい。
このような構成によれば、本発明の電池用電極体から作製したアノードにおいて、集電部を集電体として機能させることができる。また、絶縁部により短絡電流が生じることを抑制することができる。
本発明の電池用電極体において、前記絶縁部の一部は、前記集電部の外側に設けられていてもよい。この場合、前記絶縁部と前記集電部とが直接向かい合う全ての面で接触していることが好ましく、前記絶縁部と前記集電部とが直接向かい合う全ての面で密着していることがより好ましい。
このような構成によれば、絶縁部により短絡電流が生じることを抑制することができる。
このような構成によれば、本発明の電池用電極体から作製したアノードにおいて、集電部を集電体として機能させることができる。また、絶縁部により短絡電流が生じることを抑制することができる。
本発明の電池用電極体において、前記絶縁部の一部は、前記集電部の外側に設けられていてもよい。この場合、前記絶縁部と前記集電部とが直接向かい合う全ての面で接触していることが好ましく、前記絶縁部と前記集電部とが直接向かい合う全ての面で密着していることがより好ましい。
このような構成によれば、絶縁部により短絡電流が生じることを抑制することができる。
本発明の電池用電極体において、第１または第３構造部材は、接続端子を備えることが好ましい。
このような構成によれば、第１または第３構造部材が接続端子を介して外部回路に接続することができる。
本発明の電池用電極体において、前記金属は、金属亜鉛、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウム、金属鉄、金属リチウムまたは金属ナトリウムであることが好ましい。
このような構成によれば、第１または第２電極活物質部を構成する金属を、金属空気電池などの電極活物質とすることができる。
このような構成によれば、第１または第３構造部材が接続端子を介して外部回路に接続することができる。
本発明の電池用電極体において、前記金属は、金属亜鉛、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウム、金属鉄、金属リチウムまたは金属ナトリウムであることが好ましい。
このような構成によれば、第１または第２電極活物質部を構成する金属を、金属空気電池などの電極活物質とすることができる。
本発明は、本発明の電池用電極体から作製したアノードであって、第１電極活物質部と、第１構造部材とを備え、第１金属部は、前記カバー部材を第１金属部から離脱させることにより表面の金属を露出させたアノードも提供する。
本発明のアノードによれば、前記カバー部材を第１金属部から離脱させることにより表面の金属を露出させた第１金属部を備えるため、酸化被膜が形成されていない表面を有するアノードを金属空気電池などに直接組み込むことができ、組み込んだ際この表面においてすぐに電極反応を進行させることができる。また、第１金属部から離脱させたカバー部材は、回収することにより再利用することができる。
本発明は、本発明の電池用電極体から作製したアノードであって、第２金属部と、第３構造部材とを備え、第２金属部は、前記カバー部材または第１構造部材を第２金属部から離脱させることにより表面の金属を露出させたアノードも提供する。
本発明のアノードにおいて、前記カバー部材または第１構造部材を第２金属部から離脱させることにより表面の金属を露出させた第２金属部を備えるため、酸化被膜が形成されていない表面を有するアノードを金属空気電池などに直接組み込むことができ、組み込んだ際この表面においてすぐに電極反応を進行させることができる。また、第２金属部から離脱させたカバー部材は、回収することにより再利用することができる。
本発明のアノードによれば、前記カバー部材を第１金属部から離脱させることにより表面の金属を露出させた第１金属部を備えるため、酸化被膜が形成されていない表面を有するアノードを金属空気電池などに直接組み込むことができ、組み込んだ際この表面においてすぐに電極反応を進行させることができる。また、第１金属部から離脱させたカバー部材は、回収することにより再利用することができる。
本発明は、本発明の電池用電極体から作製したアノードであって、第２金属部と、第３構造部材とを備え、第２金属部は、前記カバー部材または第１構造部材を第２金属部から離脱させることにより表面の金属を露出させたアノードも提供する。
本発明のアノードにおいて、前記カバー部材または第１構造部材を第２金属部から離脱させることにより表面の金属を露出させた第２金属部を備えるため、酸化被膜が形成されていない表面を有するアノードを金属空気電池などに直接組み込むことができ、組み込んだ際この表面においてすぐに電極反応を進行させることができる。また、第２金属部から離脱させたカバー部材は、回収することにより再利用することができる。
本発明は、本発明のアノードと、電解液を溜める電解液槽と、カソードとなる空気極とを備え、前記アノードは、前記電解液槽内に挿入することができ、かつ、前記電解液槽内から抜き出すことができるように設けられた金属空気電池も提供する。
本発明の金属空気電池によれば、電池用電極体として貯蔵・輸送し、カバー部材を離脱して得られた電極活物質を金属空気電池に供給することにより発電することができる。また、金属部は表面に酸化被膜が形成されていない金属露出面を有する状態で金属空気電池に供給され、金属露出面において電極反応をすぐに進行させることができるため、本発明の金属空気電池は、優れた初期特性を有している。
本発明の金属空気電池において、前記アノードは、第１または第２金属部の表面の金属を露出させた面が前記空気極側となるように配置されることが好ましい。
このような構成によれば、電極活物質の表面に酸化被膜が形成されていない金属露出面と空気極との距離を短くすることができ、発電効率を高くすることができる。
本発明の金属空気電池において、前記アノードと前記空気極との間に設けられたイオン交換膜をさらに備え、前記イオン交換膜は、第１主要面が前記電解液槽に溜める電解液に接触し、第２主要面が前記空気極と接触することが好ましい。
このような構成によれば、空気極と電解液との間を移動するイオン種を限定することができ、空気極において金属や炭酸化合物が析出することを抑制することができる。
本発明の金属空気電池によれば、電池用電極体として貯蔵・輸送し、カバー部材を離脱して得られた電極活物質を金属空気電池に供給することにより発電することができる。また、金属部は表面に酸化被膜が形成されていない金属露出面を有する状態で金属空気電池に供給され、金属露出面において電極反応をすぐに進行させることができるため、本発明の金属空気電池は、優れた初期特性を有している。
本発明の金属空気電池において、前記アノードは、第１または第２金属部の表面の金属を露出させた面が前記空気極側となるように配置されることが好ましい。
このような構成によれば、電極活物質の表面に酸化被膜が形成されていない金属露出面と空気極との距離を短くすることができ、発電効率を高くすることができる。
本発明の金属空気電池において、前記アノードと前記空気極との間に設けられたイオン交換膜をさらに備え、前記イオン交換膜は、第１主要面が前記電解液槽に溜める電解液に接触し、第２主要面が前記空気極と接触することが好ましい。
このような構成によれば、空気極と電解液との間を移動するイオン種を限定することができ、空気極において金属や炭酸化合物が析出することを抑制することができる。
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
電池用電極体およびアノード（第１実施形態）
図１は、本実施形態の電池用電極体の構成を示す概略斜視図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１の一点鎖線Ａ−Ａにおける概略断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本実施形態の電池用電極体の概略断面図であり、図１の一点鎖線Ａ−Ａにおける概略断面図に対応する。図４（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本実施形態の電池用電極体の概略斜視図である。図５〜８は、それぞれ本実施形態のアノードの作製方法の説明図である。
図１は、本実施形態の電池用電極体の構成を示す概略斜視図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１の一点鎖線Ａ−Ａにおける概略断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本実施形態の電池用電極体の概略断面図であり、図１の一点鎖線Ａ−Ａにおける概略断面図に対応する。図４（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本実施形態の電池用電極体の概略斜視図である。図５〜８は、それぞれ本実施形態のアノードの作製方法の説明図である。
本実施形態の電池用電極体５は、電極活物質である金属を主成分として含む金属部１と、金属部１の表面に接触する第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂ（被覆部材）とを備え、金属部１は、金属部１の内部の金属が露出するように第１および第２電極活物質部３ａ、３ｂへ分割できるように設けられ、第１構造部材２ａは、第１電極活物質部３ａ上に配置されるように設けられ、第２構造部材２ｂは、第２電極活物質部３ｂ上に配置されるように設けられたことを特徴とする。
また、本実施形態のアノード８は、本実施形態の電池用電極体５を分割することにより得られる第１電極活物質部３ａおよび第１構造部材２ａを備える。
また、本実施形態のアノード８は、本実施形態の電池用電極体５を分割することにより得られる第１電極活物質部３ａおよび第１構造部材２ａを備える。
電池用電極体５は、電池の電極活物質である金属を含むものであり、主に電極活物質を輸送するときや貯蔵するときに形成される。また、電池用電極体５から、金属空気電池、アルカリ・マンガン電池、マンガン電池などの電池に組み込まれるアノード８が形成される。
電池用電極体５に含まれる金属部１は、電極活物質である金属を主成分として含む。金属部１を有する電池用電極体５を輸送、貯蔵することにより、電極活物質を輸送、貯蔵することができる。
金属部１を構成する金属は、金属空気電池などの電極活物質となる金属であれば特に限定されないが、例えば、金属亜鉛、金属アルミニウム、金属鉄、金属マグネシウム、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムなどである。
また、金属部１は、上記の例では一種の金属元素からなる金属を挙げたが、金属部１は合金からなっていてもよく、無機物や有機物を含んでいてもよい。
なお、金属部１を構成する金属が金属リチウム、金属ナトリウムなどの大気中の水分との反応性が高い金属の場合、金属部１と大気中の水分とを第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂにより遮断することにより、金属部１を構成する金属が大気中の水分と反応することを抑制することができる。
電池用電極体５に含まれる金属部１は、電極活物質である金属を主成分として含む。金属部１を有する電池用電極体５を輸送、貯蔵することにより、電極活物質を輸送、貯蔵することができる。
金属部１を構成する金属は、金属空気電池などの電極活物質となる金属であれば特に限定されないが、例えば、金属亜鉛、金属アルミニウム、金属鉄、金属マグネシウム、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムなどである。
また、金属部１は、上記の例では一種の金属元素からなる金属を挙げたが、金属部１は合金からなっていてもよく、無機物や有機物を含んでいてもよい。
なお、金属部１を構成する金属が金属リチウム、金属ナトリウムなどの大気中の水分との反応性が高い金属の場合、金属部１と大気中の水分とを第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂにより遮断することにより、金属部１を構成する金属が大気中の水分と反応することを抑制することができる。
これらの電極活物質は、アノード８が金属空気電池などに組み込まれ電池反応が進行すると、電極反応により消費される。
金属部１を構成する金属は、例えば、鉱石などの精錬や、金属酸化物の乾式法や湿式法などによる還元などにより製造される。なお、電極活物質となる金属を電解析出により製造する場合、構造部材２上に金属を電解析出させてもよい。
また、金属部１は、構造部材２上に電解析出させた金属層であってもよく、金属スラリーを乾燥させることにより成型した金属塊であってもよく、粉末状の金属を押し固めることにより成型した金属塊であってもよい。
金属部１を構成する金属は、例えば、鉱石などの精錬や、金属酸化物の乾式法や湿式法などによる還元などにより製造される。なお、電極活物質となる金属を電解析出により製造する場合、構造部材２上に金属を電解析出させてもよい。
また、金属部１は、構造部材２上に電解析出させた金属層であってもよく、金属スラリーを乾燥させることにより成型した金属塊であってもよく、粉末状の金属を押し固めることにより成型した金属塊であってもよい。
第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂは、それぞれ金属部１の表面に接触し、金属部１の表面を覆う。このことにより、第１および第２構造部材２ａ、２ｂと接触する金属部１の表面が大気に露出することを防止することができ、この表面に酸化被膜が形成されることを抑制することができる。また、金属部１に不純物が混入することを防止することができる。さらに、構造部材２を貯蔵・輸送用ケースとして使用できるため、輸送用ケースが不要であり、コストを低減することができる。
また、第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂにより、金属部１の表面の全体を実質的に覆うことができる。このことにより、金属部１の表面に酸化被膜が形成されることを抑制することができる。また、集電体と電極活物質部３との電気的接触が酸化被膜により阻害されることを抑制することができる。また、金属部１に不純物が混入することを防止することができる。
また、第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂにより、金属部１の表面の全体を実質的に覆うことができる。このことにより、金属部１の表面に酸化被膜が形成されることを抑制することができる。また、集電体と電極活物質部３との電気的接触が酸化被膜により阻害されることを抑制することができる。また、金属部１に不純物が混入することを防止することができる。
第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂは、例えば、板部材または膜部材で構成される。このことにより、電池用電極体５に占める電極活物質の割合を多くすることができ、電池用電極体５を貯蔵、輸送することにより、多くの電極活物質を貯蔵・輸送することができる。第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂが板部材から構成される場合、第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂの形状は、内部に金属部１を収容することができる容器状とすることができる。また、容器状の第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂはそれぞれ開口を有することができる。
また、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とを合わせることにより、内部空間と外部空間とを実質的に分離できるように第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂを設けることができる。このことにより、金属部１を第１構造部材２ａと第２構造部材２ｂの内部に配置することができ、金属部１の表面が大気に露出することを防止することができる。このことにより、金属部１の表面に酸化被膜が形成されることを抑制することができる。
また、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とを合わせることにより、内部空間と外部空間とを実質的に分離できるように第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂを設けることができる。このことにより、金属部１を第１構造部材２ａと第２構造部材２ｂの内部に配置することができ、金属部１の表面が大気に露出することを防止することができる。このことにより、金属部１の表面に酸化被膜が形成されることを抑制することができる。
第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂは、例えば、剛性材料からなる。このことにより、金属部１が損傷することを抑制することができる。また、電池用電極体５の取り扱いが容易になる。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、全体またはその一部が導電性材料から構成されてもよい。このことにより、電池用電極体５からアノード８を形成した際、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂを集電体として機能させることができる。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂのうち導電性材料からなる部分の表面が金属部１と接触していてもよい。このことにより、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂを集電体として機能させることができる。また、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂと金属部１とが接触する面は、平面であってもよく凹凸が形成された面であってもよい。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、全体またはその一部が導電性材料から構成されてもよい。このことにより、電池用電極体５からアノード８を形成した際、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂを集電体として機能させることができる。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂのうち導電性材料からなる部分の表面が金属部１と接触していてもよい。このことにより、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂを集電体として機能させることができる。また、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂと金属部１とが接触する面は、平面であってもよく凹凸が形成された面であってもよい。
電池用電極体５は、例えば、図１に示した電池用電極体５のように、直方体の金属部１と、金属部１の表面を覆う第１および第２構造部材２ａ、２ｂとを有することができる。
第１または第２構造部材２ａ、２ｂは、それぞれ金属板などの導電性の板部材から構成され、長方形の底面と、４つの側壁とからなり、上面に開口を有している。また、第１構造部材２ａと第２構造部材２ｂとは実質的に同じ形状をしており、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされている。
金属部１は、直方体に成型された金属亜鉛などの金属であり、表面が第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂの内壁に接触している。また、第１構造部材２ａと第２構造部材２ｂの内部空間は、金属部１で満たされており、金属部１の表面の実質的に全体が第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂで覆われている。
なお、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされた部分を含む面が、電池用電極体５を分割する面となり、電池用電極体５がこの面で分割されてアノード８が形成される。
第１または第２構造部材２ａ、２ｂは、それぞれ金属板などの導電性の板部材から構成され、長方形の底面と、４つの側壁とからなり、上面に開口を有している。また、第１構造部材２ａと第２構造部材２ｂとは実質的に同じ形状をしており、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされている。
金属部１は、直方体に成型された金属亜鉛などの金属であり、表面が第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂの内壁に接触している。また、第１構造部材２ａと第２構造部材２ｂの内部空間は、金属部１で満たされており、金属部１の表面の実質的に全体が第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂで覆われている。
なお、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされた部分を含む面が、電池用電極体５を分割する面となり、電池用電極体５がこの面で分割されてアノード８が形成される。
金属部１は、例えば、図２（ａ）のように、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされた部分を含む面に、２つの金属塊の接合面を有することができる。このことにより、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされた部分を含む面において電池用電極体５を分割する際、分割面において金属部１を容易に分離することができ、金属部１の内部の金属を露出させることができる。このような金属部１は、２つの金属塊を押し合わせて接合することにより形成することができる。
また、金属部１は、例えば、図２（ｂ）のように、１つの金属塊からなってもよい。この場合、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされた部分を含む面において、刃等により金属部１を分離することができ、金属部１の内部の金属を露出させることができる。
また、金属部１は、例えば、図２（ｃ）のように、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされた部分を含む面に、膜部４を有することができる。膜部４は、例えば、プラスチックフィルム、樹脂フィルムなどからなる。このような膜部４を有することにより、膜部４の両面からそれぞれ金属部１を構成する金属をはがすことにより、金属部１を分離することができ、金属部１の内部の金属を露出させることができる。
第１構造部材２ａおよび第２構造部材２ｂは、図２（ａ）〜（ｃ）のように金属板などの導電性材料からなってもよく、図３（ａ）〜（ｃ）のように金属板などの導電性材料からなる集電部６と絶縁性材料からなる絶縁部７とからなってもよい。
また、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、金属部１と接触する表面が導電性材料からなるように設けることができる。このことにより、電池用電極体５を分割しアノード８を形成した際、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂの導電性材料からなる部分を集電体として機能させることができる。
また、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、金属部１と接触する表面が導電性材料からなるように設けることができる。このことにより、電池用電極体５を分割しアノード８を形成した際、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂの導電性材料からなる部分を集電体として機能させることができる。
また、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、絶縁部７を有することにより、電池用電極体５を分割しアノード８を形成した際、短絡電流が流れることを抑制することができる。例えば、図３（ａ）のように電池用電極体５の下部に絶縁部７を設けた場合、アノード８を形成し、電池に組み込んだ際、アノード８の下部において短絡電流が流れることを抑制することができる。図３（ｂ）のように電池用電極体５の上部および下部に絶縁部７を設けた場合、アノード８を形成し、電池に組み込んだ際、アノード８の下部および上部において短絡電流が流れることを抑制することができる。また、図３（ｃ）のように金属部１の主要面上に集電部６を設け、電池用電極体５の下部、側部、上部に絶縁部７を設けた場合、アノード８を形成し、電池に組み込んだ際、アノード８の下部、上部および側部において短絡電流が流れることを抑制することができる。
導電性材料からなる構造部材２または集電部６は、例えば、鉄、ニッケル、スズ、鉛、銅、銀、白金、金、ステンレス鋼、黄銅（銅―亜鉛）、亜鉛、炭素、導電性ポリマー（ポリチオフェン系等）、導電性セラミックス（導電性ジルコニア等）などにより構成することができる。
絶縁部７は、例えば、金属酸化物（シリカなど）、セラミックス、高分子化合物（ゴム状の重合体、プラスチック）などにより構成することができる。
絶縁部７は、例えば、金属酸化物（シリカなど）、セラミックス、高分子化合物（ゴム状の重合体、プラスチック）などにより構成することができる。
図１〜３では、電池用電極体５および金属部１が直方体の場合について説明したが、電池用電極体５および金属部１の形状は、特に限定されない。例えば、図４（ａ）のように、球状の金属部１を第１構造部材２ａ、第２構造部材２ｂが覆うような構成でもよく、図４（ｂ）のように円柱状の金属部１を第１構造部材２ａ、第２構造部材２ｂが覆うような構成でもよく、図４（ｃ）のように三角柱の金属部１を第１構造部材２ａ、第２構造部材２ｂが覆うような構成でもよく、図４（ｅ）のように五角柱の金属部１を第１構造部材２ａ、第２構造部材２ｂが覆うような構成でもよく、図４（ｆ）のように六角柱の金属部１を第１構造部材２ａ、第２構造部材２ｂが覆うような構成でもよい。
次に、電池用電極体５を分割し、アノード８を形成する方法について図５〜８を用いて説明する。なお、電池用電極体５の分割は、不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。このことにより、分割面に酸化被膜が形成されることを抑制することができる。
図５は、１つの電池用電極体５から２つのアノード８ａ、８ｂを形成する方法の説明図である。図５の左側に示した電池用電極体５は、図１、図２（ａ）に示したような電池用電極体５であり、接続端子１４を備えている。このような電池用電極体５を、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされた部分を含む面において２つに分割する。このことにより、金属部１が分割され形成された第１電極活物質部３ａおよび第１構造部材２ａを備える第１アノード８ａと、金属部１が分割され形成された第２電極活物質部３ｂおよび第２構造部材２ｂを備える第２アノード８ｂとを形成することができる。
なお、接続端子１４は、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂの導電性を有する部分と接触するように設けられ、その位置は特に限定されない。例えば、接続端子１４は、アノード８を電池に組み込む際に支持部材１６に接続しやすい位置に設けることができる。図１に示した電池用電極体５では、上面または下面の第１構造部材２ａと接触する部分および上面または下面の第２構造部材２ｂと接触する部分に接続端子１４を設けることができる。
また、図５に示した電池用電極体５に含まれる接続端子１４のように、電池用電極体５から複数のアノード８を形成した際、複数のアノード８において接続端子１４が同じ位置になるように、電池用電極体５に接続端子１４を設けることができる。このことにより、アノード８ごとに支持部材１６と接続端子１４の接続位置を変更する必要がなく、金属空気電池４５へのアノード８の供給を容易にすることができる。また、２つのアノード８がそれぞれ備える接続端子１４に１つの支持部材１６を接続し、この２つのアノード８をまとめて金属空気電池４５へ供給することができる。このことにより、２つのアノード８を接合する工程を省略することが可能となる。
１つの電池用電極体５を分割し形成するアノード８の数は、２つに限定されず、例えば、３つ、４つ、５つ、６つなどであってもよい。この場合、電池用電極体５は分割数と同じ数の構造部材２を有することができる。
図５は、１つの電池用電極体５から２つのアノード８ａ、８ｂを形成する方法の説明図である。図５の左側に示した電池用電極体５は、図１、図２（ａ）に示したような電池用電極体５であり、接続端子１４を備えている。このような電池用電極体５を、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされた部分を含む面において２つに分割する。このことにより、金属部１が分割され形成された第１電極活物質部３ａおよび第１構造部材２ａを備える第１アノード８ａと、金属部１が分割され形成された第２電極活物質部３ｂおよび第２構造部材２ｂを備える第２アノード８ｂとを形成することができる。
なお、接続端子１４は、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂの導電性を有する部分と接触するように設けられ、その位置は特に限定されない。例えば、接続端子１４は、アノード８を電池に組み込む際に支持部材１６に接続しやすい位置に設けることができる。図１に示した電池用電極体５では、上面または下面の第１構造部材２ａと接触する部分および上面または下面の第２構造部材２ｂと接触する部分に接続端子１４を設けることができる。
また、図５に示した電池用電極体５に含まれる接続端子１４のように、電池用電極体５から複数のアノード８を形成した際、複数のアノード８において接続端子１４が同じ位置になるように、電池用電極体５に接続端子１４を設けることができる。このことにより、アノード８ごとに支持部材１６と接続端子１４の接続位置を変更する必要がなく、金属空気電池４５へのアノード８の供給を容易にすることができる。また、２つのアノード８がそれぞれ備える接続端子１４に１つの支持部材１６を接続し、この２つのアノード８をまとめて金属空気電池４５へ供給することができる。このことにより、２つのアノード８を接合する工程を省略することが可能となる。
１つの電池用電極体５を分割し形成するアノード８の数は、２つに限定されず、例えば、３つ、４つ、５つ、６つなどであってもよい。この場合、電池用電極体５は分割数と同じ数の構造部材２を有することができる。
電池用電極体５を分割する方法は、例えば、金属部１が有する接合面を剥がすことにより金属部１を第１電極活物質部３ａと第２電極活物質部３ｂとに分割して行ってもよく、第１構造部材２ａの開口の縁と第２構造部材２ｂの開口の縁とが合わされた部分を含む面に刃等を入れることにより金属部１を第１電極活物質部３ａと第２電極活物質部３ｂとに分割して行ってもよく、図２（ｃ）のような膜部４を金属部１を構成する金属から剥がすことにより金属部１を第１電極活物質部３ａと第２電極活物質部３ｂとに分割して行ってもよい。
また、電池用電極体５を分割する面は、平面であってもよく、凹凸が形成された面であってもよく、ステップが形成された面であってもよい。
また、電池用電極体５を分割する面は、平面であってもよく、凹凸が形成された面であってもよく、ステップが形成された面であってもよい。
このように金属部１を第１電極活物質部３ａと第２電極活物質部３ｂとに分割し、第１アノード８ａと第２アノード８ｂとを形成すると、第１アノード８ａに含まれる第１電極活物質部３ａの分割面１２ａ、および第２アノード８ｂに含まれる第２電極活物質部３ｂの分割面１２ｂでは、金属部１の内部の金属が露出しており、表面に酸化被膜が形成されていない。このため、第１アノード８ａまたは第２アノード８ｂを金属空気電池などの電池に組み込むと、分割面１２においてすぐに電池反応を進行させることができる。従って、電池の初期特性を向上させることができる。
なお、第１アノード８ａ、第２アノード８ｂにおいて、第１構造部材２ａ、第２構造部材２ｂは集電体として機能させることができる。
なお、第１アノード８ａ、第２アノード８ｂにおいて、第１構造部材２ａ、第２構造部材２ｂは集電体として機能させることができる。
図５では、１つの電池用電極体５を分割し２つのアノード８ａ、８ｂを形成する方法について説明したが、図６のように、１つの電池用電極体５を２つに分割し、分割した電池用電極体をそれぞれ反転させ第１構造部材２ａと第２構造部材２ｂとを貼り合わせることにより、１つのアノード８を形成してもよい。
また、図７のように第１電池用電極体５ａ、第２電池用電極体５ｂをそれぞれ分割し、第１電池用電極体５ａを分割した電池用電極体と第２電池用電極体５ｂを分割した電池用電極体とを貼り合わせてアノード８を形成してもよい。
図６、７では、分割した電池用電極体を２つ貼り合わせて１つのアノード８を形成する方法について説明したが、図８のように分割した電池用電極体を４つ貼り合わせて１つのアノード８を形成してもよい。また、同様に、分割した電池用電極体を６つ、８つ、１０つ貼り合わせて１つのアノード８を形成してもよい。
また、図７のように第１電池用電極体５ａ、第２電池用電極体５ｂをそれぞれ分割し、第１電池用電極体５ａを分割した電池用電極体と第２電池用電極体５ｂを分割した電池用電極体とを貼り合わせてアノード８を形成してもよい。
図６、７では、分割した電池用電極体を２つ貼り合わせて１つのアノード８を形成する方法について説明したが、図８のように分割した電池用電極体を４つ貼り合わせて１つのアノード８を形成してもよい。また、同様に、分割した電池用電極体を６つ、８つ、１０つ貼り合わせて１つのアノード８を形成してもよい。
電池用電極体およびアノード（第２実施形態）
図１０は、本実施形態の電池用電極体の構成を示す概略斜視図であり、図１１（ａ）は図１０の一点鎖線Ａ−Ａにおける電池用電極体の概略断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した電池用電極体に含まれるカバー部材を金属部から離脱させることにより作製したアノードの概略断面図である。図１２〜２３は、本実施形態の電池用電極体の概略断面図とその電池用電極体から作製したアノードの概略断面図である。図２４（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本実施形態の電池用電極体の概略斜視図である。
図１０は、本実施形態の電池用電極体の構成を示す概略斜視図であり、図１１（ａ）は図１０の一点鎖線Ａ−Ａにおける電池用電極体の概略断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した電池用電極体に含まれるカバー部材を金属部から離脱させることにより作製したアノードの概略断面図である。図１２〜２３は、本実施形態の電池用電極体の概略断面図とその電池用電極体から作製したアノードの概略断面図である。図２４（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本実施形態の電池用電極体の概略斜視図である。
本実施形態の電池用電極体５は、電極活物質である金属を主成分として含む第１金属部１ａと、第１金属部１ａの表面に接触する第１構造部材２ａと、第１金属部１ａの表面に接触するカバー部材２１（被覆部材）とを備え、カバー部材２１は、第１金属部１ａの表面の金属が露出するように第１金属部１ａから離脱させることができるように設けられたことを特徴とする。また、構造部材２と金属部１とが接触している部分および金属部１とカバー部材２１とが接触している部分は、それぞれ密着していることがより好ましい。
また、本実施形態の電池用電極体５は、第２金属部１ｂおよび第２構造部材２ｂをさらに備えてもよい。
また、本実施形態の電池用電極体５は、第２金属部１ｂおよび第２構造部材２ｂをさらに備えてもよい。
本実施形態のアノード８ａは、第１金属部１ａと、第１構造部材２ａとを備え、第１金属部１ａは、カバー部材２１を第１金属部１ａから離脱させることにより表面の金属を露出させている。
本実施形態のアノード８ｂは、第２金属部１ｂと、第２構造部材２ｂとを備え、第２金属部１ｂは、カバー部材２１または第１構造部材２ａを第２金属部１ｂから離脱させることにより表面の金属を露出させている。
本実施形態のアノード８ｂは、第２金属部１ｂと、第２構造部材２ｂとを備え、第２金属部１ｂは、カバー部材２１または第１構造部材２ａを第２金属部１ｂから離脱させることにより表面の金属を露出させている。
電池用電極体５、金属部１、金属部１を構成する金属および電極活物質についての説明は、矛盾がない限り、上述の第１実施形態の電池用電極体と同様である。
第１構造部材２ａおよびカバー部材２１は、第１金属部１ａの表面に接触し、第１金属部１ａの表面を覆う。また、金属部１とカバー部材２１とが接触している部分は、密着していることがより好ましい。このことにより、第１構造部材２ａおよびカバー部材２１と接触する第１金属部１ａの表面が大気に露出することを防止することができこの表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、第１金属部１ａに不純物が混入することを防止することができる。さらに、第１構造部材２ａ、カバー部材２１を貯蔵・輸送用ケースとして使用できるため、輸送用ケースが不要であり、コストを低減することができる。
また、第１構造部材２ａおよびカバー部材２１により、第１金属部１ａの表面の全体を実質的に覆うことができる。このことにより、第１金属部１ａの表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、集電体と金属部１との電気的接触が酸化被膜により阻害されることを抑制することができる。また、第１金属部１ａに不純物が混入することを防止することができる。
カバー部材２１は、第１金属部１ａの表面の金属が露出するように第１金属部１ａから離脱させることができるように設けられる。カバー部材２１を離脱させることにより露出させた第１金属部１ａの表面には酸化被膜がほとんど形成されていないため、カバー部材２１を第１金属部１ａから離脱させることにより作製したアノード８を組み込んだ電池は優れた初期特性を有することができる。
第２構造部材２ｂおよびカバー部材２１、または、第２構造部材２ｂおよび第１構造部材２ａは、第２金属部１ｂの表面に接触し、第２金属部１ｂの表面を覆う。また、構造部材２と金属部１とが接触している部分および金属部１とカバー部材２１とが接触している部分は、それぞれ密着していることがより好ましい。このことにより、第２構造部材２ｂおよびカバー部材２１、または、第２構造部材２ｂおよび第１構造部材２ａと接触する第２金属部１ｂの表面が大気に露出することを防止することができこの表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、第２金属部１ｂに不純物が混入することを防止することができる。さらに、第２構造部材２ｂおよびカバー部材２１、または、第２構造部材２ｂおよび第１構造部材２ａを貯蔵・輸送用ケースとして使用できるため、輸送用ケースが不要であり、コストを低減することができる。
また、第２構造部材２ｂおよびカバー部材２１、または、第２構造部材２ｂおよび第１構造部材２ａにより、第２金属部１ｂの表面の全体を実質的に覆うことができる。このことにより、第２金属部１ｂの表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。また、集電体と金属部１との電気的接触が酸化被膜により阻害されることを抑制することができる。また、第１金属部１ａに不純物が混入することを防止することができる。
カバー部材２１または第１構造部材２ａは、第２金属部１ｂの表面の金属が露出するように第２金属部１ｂから離脱させることができるように設けられる。カバー部材２１または第１構造部材２ａを離脱させることにより露出させた第２金属部１ｂの表面には酸化被膜がほとんど形成されていないため、カバー部材２１または第１構造部材２ａを第２金属部１ｂから離脱させることにより作製したアノード８を組み込んだ電池は優れた初期特性を有することができる。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、例えば、板部材または膜部材で構成される。このことにより、電池用電極体５に占める電極活物質の割合を多くすることができ、電池用電極体５を貯蔵、輸送することにより、多くの電極活物質を貯蔵・輸送することができる。第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、例えば、金属板などから構成される。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂが板部材から構成される場合、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂの形状は、内部に金属部１を収容することができる箱状とすることができる。また、箱状の第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂはそれぞれ開口を有することができる。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂが板部材から構成される場合、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂの形状は、内部に金属部１を収容することができる箱状とすることができる。また、箱状の第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂはそれぞれ開口を有することができる。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、例えば、剛性材料からなる。このことにより、金属部１が損傷することを抑制することができる。また、電池用電極体５の取り扱いが容易になる。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、全体またはその一部が導電性材料から構成されてもよい。このことにより、電池用電極体５からアノード８を作製した際、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂを集電体として機能させることができる。また、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、導電性材料から構成される集電部６と絶縁性材料から構成される絶縁部７とを有することができる。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂのうち導電性材料からなる部分の表面が金属部１と接触していてもよい。このことにより、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂを集電体として機能させることができる。また、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂと金属部１とが接触する面は、平面であってもよく凹凸が形成された面であってもよい。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、全体またはその一部が導電性材料から構成されてもよい。このことにより、電池用電極体５からアノード８を作製した際、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂを集電体として機能させることができる。また、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂは、導電性材料から構成される集電部６と絶縁性材料から構成される絶縁部７とを有することができる。
第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂのうち導電性材料からなる部分の表面が金属部１と接触していてもよい。このことにより、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂを集電体として機能させることができる。また、第１構造部材２ａまたは第２構造部材２ｂと金属部１とが接触する面は、平面であってもよく凹凸が形成された面であってもよい。
導電性材料からなる構造部材２または集電部６は、例えば、鉄、ニッケル、スズ、鉛、銅、銀、白金、金、ステンレス鋼、黄銅（銅―亜鉛）、亜鉛、炭素、導電性ポリマー（ポリチオフェン系等）、導電性セラミックス（導電性ジルコニア等）などにより構成することができる。
絶縁部７は、例えば、金属酸化物（シリカなど）、セラミックス、高分子化合物（ゴム状の重合体、プラスチック）などにより構成することができる。
絶縁部７は、例えば、金属酸化物（シリカなど）、セラミックス、高分子化合物（ゴム状の重合体、プラスチック）などにより構成することができる。
カバー部材２１は、例えば、板部材または膜部材で構成される。このことにより、電池用電極体５に占める電極活物質の割合を多くすることができ、電池用電極体５を貯蔵、輸送することにより、多くの電極活物質を貯蔵・輸送することができる。
カバー部材２１は、例えば、金属板、プラスチック板、樹脂板、プラスチックフィルム、樹脂フィルム、金属箔などから構成される。
カバー部材２１は、例えば、金属板、プラスチック板、樹脂板、プラスチックフィルム、樹脂フィルム、金属箔などから構成される。
本実施形態の電池用電極体５の形状は特に限定されず、例えば、図２４（ａ）に示した電池用電極体５のように球状の金属部１を構造部材２およびカバー部材２１で覆った形状でもよく、図２４（ｂ）に示した電池用電極体５のように円柱状の金属部１を構造部材２およびカバー部材２１で覆った形状でもよく、図２４（ｃ）に示した電池用電極体５のように三角柱状の金属部１を構造部材２およびカバー部材２１で覆った形状でもよく、図２４（ｄ）に示した電池用電極体５のように四角柱状の金属部１を構造部材２およびカバー部材２１で覆った形状でもよく、図２４（ｅ）に示した電池用電極体５のように五角柱状の金属部１を構造部材２およびカバー部材２１で覆った形状でもよく、図２４（ｆ）に示した電池用電極体５のように六角柱状の金属部１を構造部材２およびカバー部材２１で覆った形状でもよい。
ここでは、本実施形態の電池用電極体５が、四角柱状の金属部１を有する場合について説明する。
ここでは、本実施形態の電池用電極体５が、四角柱状の金属部１を有する場合について説明する。
図１０は、四角柱状の第１金属部１ａを板状の第１構造部材２ａおよび板状のカバー部材２１で覆った電池用電極体５の概略斜視図であり、図１１（ａ）は図１０の一点鎖線Ａ−Ａにおける概略断面図である。この電池用電極体５では、箱状の第１構造部材２ａ中に第１金属部１ａが収容され、箱状の第１構造部材２ａの開口をカバー部材２１が塞いでいる。また、第１構造部材２ａ上に接続端子１４が設けられている。このような電池用電極体５を貯蔵・輸送することにより、第１金属部１ａを構成する金属が大気に接することを抑制することができる。このことにより、第１金属部１ａの表面に酸化被膜が形成されることを防止して電極活物質を貯蔵・輸送することができる。
なお、接続端子１４は、第１構造部材２ａの導電性を有する部分と接触するように設けられ、その位置は特に限定されない。また、接続端子１４を第２構造部材２ｂに設ける場合も同様である。
なお、接続端子１４は、第１構造部材２ａの導電性を有する部分と接触するように設けられ、その位置は特に限定されない。また、接続端子１４を第２構造部材２ｂに設ける場合も同様である。
図１１（ｂ）は、図１０、図１１（ａ）に示した電池用電極体５から作製したアノード８の概略断面図である。図１１（ｂ）に示したアノード８は、図１０、図１１（ａ）に示した電池用電極体５に含まれるカバー部材２１を第１金属部１ａから離脱させることにより作製することができる。このことにより、第１金属部１ａの表面のうち、カバー部材２１で覆われていた表面（金属露出面１５）を露出させることができる。
図１１（ｂ）に示したアノード８は、アノード８を金属空気電池本体に組み込む直前に作製することができる。このことにより、アノード８の露出した第１金属部１ａの表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。
図１１（ｂ）に示したアノード８を金属空気電池本体に組み込み、金属空気電池４５により発電すると、アノード８の金属露出面１５には酸化被膜がほとんど形成されていないため、金属露出面１５においてすぐに電極反応を進行させることができる。このことにより、金属空気電池４５の初期特性を向上させることができる。
また、このような構成によると、アノード８において電極反応を進行させた際に、電極活物質の大きな塊が剥落することを抑制することができる。
図１１（ｂ）に示したアノード８は、アノード８を金属空気電池本体に組み込む直前に作製することができる。このことにより、アノード８の露出した第１金属部１ａの表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。
図１１（ｂ）に示したアノード８を金属空気電池本体に組み込み、金属空気電池４５により発電すると、アノード８の金属露出面１５には酸化被膜がほとんど形成されていないため、金属露出面１５においてすぐに電極反応を進行させることができる。このことにより、金属空気電池４５の初期特性を向上させることができる。
また、このような構成によると、アノード８において電極反応を進行させた際に、電極活物質の大きな塊が剥落することを抑制することができる。
図１２（ａ）は、電池用電極体５の概略断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の電池用電極体５から作製したアノード８の概略断面図である。この電池用電極体５では、カバー部材２１が箱状であり、カバー部材２１の内部に第１金属部１ａが収容されている。
このような構成によると、アノード８において電極反応が生じる金属部１の表面を広くすることができる。
このような構成によると、アノード８において電極反応が生じる金属部１の表面を広くすることができる。
図１３（ａ）は、電池用電極体５の概略断面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の電池用電極体５から作製したアノード８の概略断面図である。この電池用電極体５では、第１構造部材２ａは、下部が絶縁部７で構成され、側部および上部が集電部６で構成されている。
このような構成によると、アノード８において電極反応を生じさせた際、アノード８と金属空気電池４５の電解液槽１１の底とが電気的に接続することを抑制することができ、短絡電流が流れることを抑制することができる。
このような構成によると、アノード８において電極反応を生じさせた際、アノード８と金属空気電池４５の電解液槽１１の底とが電気的に接続することを抑制することができ、短絡電流が流れることを抑制することができる。
図１４（ａ）は、電池用電極体５の概略断面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の電池用電極体５から作製したアノード８の概略断面図である。この電池用電極体５では、第１構造部材２ａは、上部および下部が絶縁部７で構成され、側部が集電部６で構成されている。
このような構成によると、アノード８において電極反応を生じさせた際、アノード８と金属空気電池４５の電解液槽１１の底または上部とが電気的に接続することを抑制することができ、短絡電流が流れることを抑制することができる。
このような構成によると、アノード８において電極反応を生じさせた際、アノード８と金属空気電池４５の電解液槽１１の底または上部とが電気的に接続することを抑制することができ、短絡電流が流れることを抑制することができる。
図１５（ａ）は、電池用電極体５の概略断面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の電池用電極体５から作製したアノード８の概略断面図である。この電池用電極体５では、第１構造部材２ａは、第１金属部１ａの側面上に設けられた導電部６と、導電部６の外側、第１金属部１ａの上面上、および第１金属部１ａの下面上に設けられた絶縁部７とからなる。
このような構成によると、アノード８において電極反応を生じさせた際、アノード８と金属空気電池４５の電解液槽１１とが電気的に接続することを抑制することができ、短絡電流が流れることを抑制することができる。
このような構成によると、アノード８において電極反応を生じさせた際、アノード８と金属空気電池４５の電解液槽１１とが電気的に接続することを抑制することができ、短絡電流が流れることを抑制することができる。
図１６（ａ）は、電池用電極体５の概略断面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の電池用電極体５から作製したアノード８の概略断面図である。この電池用電極体５は、第１金属部１ａおよび第２金属部１ｂを備え、第１構造部材２ａの一方の主要面が第１金属部１ａの表面を覆い、第１構造部材２ｂの他方の主要面が第２金属部１ｂの表面を覆う。また、カバー部材２１が第１金属部１ａおよび第２金属部１ｂを包囲するように設けられている。
このような構成によると、アノード８において電極反応を生じさせた際、電極反応が生じる金属部１の表面を広くすることができる。なお、このような構成の場合、カバー部材２１は、プラスチックフィルム、樹脂フィルムまたは金属箔を材料とした柔軟性を有するものとすることができる。
また、このような構成において第１金属部１ａと第２金属部１ｂとが第１構造部材２ａの下部などで接合し一体となっていてもよい。
このような構成によると、アノード８において電極反応を生じさせた際、電極反応が生じる金属部１の表面を広くすることができる。なお、このような構成の場合、カバー部材２１は、プラスチックフィルム、樹脂フィルムまたは金属箔を材料とした柔軟性を有するものとすることができる。
また、このような構成において第１金属部１ａと第２金属部１ｂとが第１構造部材２ａの下部などで接合し一体となっていてもよい。
図１７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ電池用電極体５の概略断面図である。図１７（ａ）〜（ｃ）では、電池用電極体５が第１金属部１ａおよび第２金属部１ｂを備え、第１構造部材２ａの一方の主要面が第１金属部１ａの表面を覆い、第１構造部材２ｂの他方の主要面が第２金属部１ｂの表面を覆う。また、電池用電極体５が、第１金属部１ａの表面を覆う第１カバー部材２１ａと第２金属部１ｂの表面を覆う第２カバー部材２１ｂとを備えている。また、図１７（ａ）に示した電池用電極体５が備える第１構造部材２ａは、板状である。図１７（ｂ）に示した電池用電極体５が備える第１構造部材２ａは、上部および下部にそれぞれ張り出し部を有するＨ字状であり、金属部１の上面および下面も第１構造部材２ａにより覆われている。図１７（ｃ）に示した電池用電極体５が備える第１構造部材２ａは、下部に張り出し部を有するＴ字状であり、金属部１の下面も第１構造部材２ａにより覆われている。なお、図１７（ｂ）、図１７（ｃ）に示した第１構造部材２ａの張り出し部は、絶縁性材料からなってもよい。また、図１７の断面図に垂直な方向の金属部１の表面は、カバー部材２１により覆われていてもよく、第１構造部材２ａが張り出し部を有しこの張り出し部で覆われていてもよい。
このように第１カバー部材２１ａにより第１金属部１ａの表面を覆い、第２カバー部材２１ｂにより第２金属部１ｂの表面を覆うことにより、カバー部材２１が剛性材料からなる場合でも容易にカバー部材２１を金属部１から離脱させることができる。
このように第１カバー部材２１ａにより第１金属部１ａの表面を覆い、第２カバー部材２１ｂにより第２金属部１ｂの表面を覆うことにより、カバー部材２１が剛性材料からなる場合でも容易にカバー部材２１を金属部１から離脱させることができる。
図１８（ａ）は、電池用電極体５の概略断面図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の電池用電極体５から作製したアノード８の概略断面図である。この電池用電極体５では、箱状であり、側面の一部に開口を有する第１構造部材２ａと、第１構造部材２ａの内部に収容された第１金属部１ａと、第１構造部材２ａの開口に嵌合するように開口を塞ぐカバー部材２１とからなる。
このような構成によると、アノード８において電極反応を進行させた際に、電極活物質の大きな塊が剥落することを抑制することができる。
このような構成によると、アノード８において電極反応を進行させた際に、電極活物質の大きな塊が剥落することを抑制することができる。
図１９（ａ）は、電池用電極体５の概略断面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の電池用電極体５から作製したアノード８の概略断面図である。この電池用電極体５では、箱状であり、側面の一部に開口を有する第１構造部材２ａと、第１構造部材２ａの内部に収容された第１金属部１ａと、第１構造部材２ａの開口を覆うように開口を塞ぐカバー部材２１とからなる。
このような構成によると、アノード８において電極反応を進行させた際に、電極活物質の大きな塊が剥落することを抑制することができる。
このような構成によると、アノード８において電極反応を進行させた際に、電極活物質の大きな塊が剥落することを抑制することができる。
図２０（ａ）は、電池用電極体５の概略断面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の電池用電極体５から作製したアノード８ａ、８ｂの概略断面図である。この電池用電極体５は、箱状の第１構造部材２ａと、箱状の第２構造部材２ｂと、箱状の第１構造部材２ａの内部に収容された第１金属部１ａと、箱状の第２構造部材２ｂの内部に収容された第２金属部１ｂと、第１構造部材２ａの開口を塞ぎ第１金属部１ａと接触するカバー部材２１とを備える。また、第２構造部材２ｂの開口は、第２金属部１ｂに接触する第１構造部材２ａにより塞がれている。
このような構成によると、１つの電池用電極体５から２つのアノード８を作製することができ、効率よく電極活物質を貯蔵・輸送することができる。また、第１構造部材２ａにより第２構造部材２ｂの開口を塞ぐことができるため、部品数を低減することができる。
ここでは、２つの金属部１を有する電池用電極体５を示したが、本実施形態の電池用電極体５を構成する金属部１は、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、１０つであってもよい。この場合も金属部１はそれぞれ対応する構造部材内に収容され、数珠繋ぎ的に接合される。
このような構成によると、１つの電池用電極体５から２つのアノード８を作製することができ、効率よく電極活物質を貯蔵・輸送することができる。また、第１構造部材２ａにより第２構造部材２ｂの開口を塞ぐことができるため、部品数を低減することができる。
ここでは、２つの金属部１を有する電池用電極体５を示したが、本実施形態の電池用電極体５を構成する金属部１は、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、１０つであってもよい。この場合も金属部１はそれぞれ対応する構造部材内に収容され、数珠繋ぎ的に接合される。
図２１（ａ）は、電池用電極体５の概略断面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の電池用電極体５から作製したアノード８ａ、８ｂの概略断面図である。この電池用電極体５は、箱状の第１構造部材２ａと、箱状の第２構造部材２ｂと、箱状の第１構造部材２ａの内部に収容された第１金属部１ａと、箱状の第２構造部材２ｂの内部に収容された第２金属部１ｂと、一方の主要面で第１構造部材２ａの開口を塞ぎ、他方の主要面で第２構造部材２ｂの開口を塞ぐカバー部材２１とを備える。
このような構成によると、１つの電池用電極体５から２つのアノード８を作製することができ、効率よく電極活物質を貯蔵・輸送することができる。また、１つのカバー部材２１により、第１構造部材２ａの開口および第２構造部材２ｂの開口の両方を塞ぐことができるため、部品数を低減することができる。
このような構成によると、１つの電池用電極体５から２つのアノード８を作製することができ、効率よく電極活物質を貯蔵・輸送することができる。また、１つのカバー部材２１により、第１構造部材２ａの開口および第２構造部材２ｂの開口の両方を塞ぐことができるため、部品数を低減することができる。
図２２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ電池用電極体５の概略断面図である。図２２（ａ）に示した電池用電極体５は、２つのアノード８が作製できるように構成される。この電池用電極体５は、Ｈ字状の第１構造部材２ａと、Ｈ字状の第２構造部材２ｂと、第１構造部材２ａの張り出し部に挟まれるように設けられた第１金属部１ａ、第２金属部１ｂと、第２構造部材２ｂの張り出し部に挟まれるように設けられた第３金属部１ｃ、第４金属部１ｄと、第２金属部１ｂと第３金属部１ｃとに挟まれるように設けられた第１カバー部材２１ａと、第１金属部１ａの側面を覆う第２カバー部材２１ｂと、第４金属部１ｄの側面を覆う第３カバー部材２１ｃとを備える。
このような構成によると、１つの電池用電極体５から２つのアノード８を作製することができ、効率よく電極活物質を貯蔵・輸送することができる。
このような構成によると、１つの電池用電極体５から２つのアノード８を作製することができ、効率よく電極活物質を貯蔵・輸送することができる。
図２２（ｂ）に示した電池用電極体５は、３つのアノード８が作製できるように構成される。この電池用電極体５は、箱状の第１構造部材２ａと、箱状の第２構造部材２ｂと、Ｈ字状の第３構造部材２ｉと、箱状の第１構造部材２ａの内部に収容された第１金属部１ａと、箱状の第２構造部材２ｂの内部に収容された第２金属部１ｂと、第３構造部材２ｉの張り出し部に挟まれるように設けられた第３金属部１ｃおよび第４金属部１ｄと、第１金属部１ａと第３金属部１ｃとに挟まれるように設けられた第１カバー部材２１ａと、第２金属部１ｂと第４金属部１ｄとに挟まれるように設けられた第２カバー部材２１ｂとを備える。
このような構成によると、１つの電池用電極体５から３つのアノード８を作製することができ、効率よく電極活物質を貯蔵・輸送することができる。
このような構成によると、１つの電池用電極体５から３つのアノード８を作製することができ、効率よく電極活物質を貯蔵・輸送することができる。
図２３（ａ）は、電池用電極体５の概略断面図であり、図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の電池用電極体５から作製したアノード８ａ、８ｂの概略断面図である。この電池用電極体５は、箱状の第１構造部材２ａと、箱状の第２構造部材２ｂと、箱状の第１構造部材２ａの内部に収容された第１金属部１ａと、箱状の第２構造部材２ｂの内部に収容された第２金属部１ｂと、一方の主要面で第１構造部材２ａの開口および第２構造部材２ｂの開口の両方を塞ぐカバー部材２１とを備える。
このような構成によると、１つの電池用電極体５から２つのアノード８を作製することができ、効率よく電極活物質を貯蔵・輸送することができる。また、１つのカバー部材２１により、第１構造部材２ａの開口および第２構造部材２ｂの開口の両方を塞ぐことができるため、部品数を低減することができる。
このような構成によると、１つの電池用電極体５から２つのアノード８を作製することができ、効率よく電極活物質を貯蔵・輸送することができる。また、１つのカバー部材２１により、第１構造部材２ａの開口および第２構造部材２ｂの開口の両方を塞ぐことができるため、部品数を低減することができる。
金属空気電池
図９および図２５は、本実施形態の金属空気電池４５の概略断面図である。なお、図９に示した金属空気電池４５は、第１実施形態のアノード８を組み込んだ金属空気電池４５であり、図２５に示した金属空気電池４５は、第２実施形態のアノード８を組み込んだ金属空気電池４５である。
本実施形態の金属空気電池４５は、第１実施形態または第２実施形態のアノード８と、電解液１３を溜める電解液槽１１と、カソードとなる空気極１０とを備え、アノード８は、電解液槽１１内に挿入することができ、かつ、電解液槽１１内から抜き出すことができるように設けられる。
また、本実施形態の金属空気電池４５は、アノード８と空気極１０との間に設けられたイオン交換膜９をさらに備えてもよく、イオン交換膜９は、第１主要面が電解液槽１１に溜める電解液に接触し、第２主要面が空気極１０と接触するように設けられてもよい。
図９および図２５は、本実施形態の金属空気電池４５の概略断面図である。なお、図９に示した金属空気電池４５は、第１実施形態のアノード８を組み込んだ金属空気電池４５であり、図２５に示した金属空気電池４５は、第２実施形態のアノード８を組み込んだ金属空気電池４５である。
本実施形態の金属空気電池４５は、第１実施形態または第２実施形態のアノード８と、電解液１３を溜める電解液槽１１と、カソードとなる空気極１０とを備え、アノード８は、電解液槽１１内に挿入することができ、かつ、電解液槽１１内から抜き出すことができるように設けられる。
また、本実施形態の金属空気電池４５は、アノード８と空気極１０との間に設けられたイオン交換膜９をさらに備えてもよく、イオン交換膜９は、第１主要面が電解液槽１１に溜める電解液に接触し、第２主要面が空気極１０と接触するように設けられてもよい。
１．金属空気電池
本実施形態の金属空気電池４５は、例えば、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池、マグネシウム空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池などである。また、本実施形態の金属空気電池４５は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、一次電池がより好ましい。本実施形態の金属空気電池４５が一次電池の場合、本実施形態のアノード８を金属空気電池本体に組み込むことにより、電極活物質を金属空気電池４５に供給することができる。
本実施形態の金属空気電池４５は、例えば、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池、マグネシウム空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池などである。また、本実施形態の金属空気電池４５は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、一次電池がより好ましい。本実施形態の金属空気電池４５が一次電池の場合、本実施形態のアノード８を金属空気電池本体に組み込むことにより、電極活物質を金属空気電池４５に供給することができる。
２．電解液槽、電解液
電解液槽１１は、電解液１３を溜める電解槽であり、 電解液に対して耐食性を有する材料からなる。また、電解液槽１１は、その中にアノード８を設置することができる構造を有する。また、電解液槽１１は、溜めた電解液１３に含まれるイオンが空気極１０に移動できる構造を有する。このことにより電解液槽１１に溜める電解液１３を介してアノード８と空気極１０との間をイオンが伝導することができる。
電解液槽１１は、電解液１３を溜める電解槽であり、 電解液に対して耐食性を有する材料からなる。また、電解液槽１１は、その中にアノード８を設置することができる構造を有する。また、電解液槽１１は、溜めた電解液１３に含まれるイオンが空気極１０に移動できる構造を有する。このことにより電解液槽１１に溜める電解液１３を介してアノード８と空気極１０との間をイオンが伝導することができる。
電解液１３は、溶媒に電解質が溶解しイオン導電性を有する液体である。電解液１３の種類は、電極活物質部３又は金属部１を構成する金属の種類によって異なるが、水溶媒を用いた電解液（電解質水溶液）であってもよく、有機溶媒を用いた電解液（有機電解液）であってもよい。
例えば、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池の場合、電解液には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いることができ、マグネシウム空気電池の場合、電解液には塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。また、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、有機電解液を用いることができる。
また、電解液槽１１が固体電解質からなる隔壁を有し、隔壁で仕切られた一方側に電解質水溶液が溜められ、他方側に有機電解液が溜められてもよい。
例えば、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池の場合、電解液には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いることができ、マグネシウム空気電池の場合、電解液には塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。また、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、有機電解液を用いることができる。
また、電解液槽１１が固体電解質からなる隔壁を有し、隔壁で仕切られた一方側に電解質水溶液が溜められ、他方側に有機電解液が溜められてもよい。
３．アノード
アノード８は、上述したように第１実施形態又は第２実施形態の電池用電極体５から作製することにより得ることができ、電極活物質部３又は金属部１と構造部材２とを有する。電極活物質部３又は金属部１は、電極活物質である金属を主成分として含み、構造部材２は少なくともその一部が集電体として機能する。
なお、図２５では、図１１（ｂ）、図２０（ｂ）、図２１（ｂ）、図２３（ｂ）に示したアノード８を金属空気電池本体に組み込んだ金属空気電池４５を示したが、金属空気電池本体に組み込むアノード８は、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）、図１８（ｂ）、図１９（ｂ）に示したアノード８であってもよい。
電極活物質部３又は金属部１は、例えば、亜鉛空気電池の場合、金属亜鉛からなり、アルミニウム空気電池の場合、金属アルミニウムからなり、鉄空気電池の場合、金属鉄からなり、マグネシウム空気電池の場合、金属マグネシウムからなる。
また、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、電極活物質部３又は金属部１はそれぞれ、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムからなる。
また、電極活物質部３又は金属部１は、上記の例では一種の金属元素からなる金属を挙げたが、電極活物質部３又は金属部１は合金からなってもよく、無機物や有機物を含んでいてもよい。
アノード８は、上述したように第１実施形態又は第２実施形態の電池用電極体５から作製することにより得ることができ、電極活物質部３又は金属部１と構造部材２とを有する。電極活物質部３又は金属部１は、電極活物質である金属を主成分として含み、構造部材２は少なくともその一部が集電体として機能する。
なお、図２５では、図１１（ｂ）、図２０（ｂ）、図２１（ｂ）、図２３（ｂ）に示したアノード８を金属空気電池本体に組み込んだ金属空気電池４５を示したが、金属空気電池本体に組み込むアノード８は、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）、図１８（ｂ）、図１９（ｂ）に示したアノード８であってもよい。
電極活物質部３又は金属部１は、例えば、亜鉛空気電池の場合、金属亜鉛からなり、アルミニウム空気電池の場合、金属アルミニウムからなり、鉄空気電池の場合、金属鉄からなり、マグネシウム空気電池の場合、金属マグネシウムからなる。
また、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、電極活物質部３又は金属部１はそれぞれ、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムからなる。
また、電極活物質部３又は金属部１は、上記の例では一種の金属元素からなる金属を挙げたが、電極活物質部３又は金属部１は合金からなってもよく、無機物や有機物を含んでいてもよい。
アノード８は、電解液槽１１内に挿入することができ、かつ、電解液槽１１内から抜き出すことができるように設けられる。例えば、図９又は図２５に示した金属空気電池４５により発電を行うと、電池反応により電極活物質部３又は金属部１を構成する金属が消費される。この金属が消費されたアノード８を蓋部材１７、支持体１６と共に電解液槽１１内から抜き出す。その後、電池用電極体５から形成した新たなアノード８の接続端子１４に蓋部材１７が接続された支持体１６を接続し、新たなアノード８を電解液槽１１内に挿入する。
このように、電極活物質が消費されたアノード８を電解液槽１１内から抜き出し、新たなアノード８を電解液槽１１内に挿入することにより、金属空気電池４５に電極活物質を供給することができる。
このように、電極活物質が消費されたアノード８を電解液槽１１内から抜き出し、新たなアノード８を電解液槽１１内に挿入することにより、金属空気電池４５に電極活物質を供給することができる。
電解液槽１１に挿入した新たなアノード８では、分割面１２又は金属露出面１５に酸化被膜が形成されていないため、アノード８を挿入してすぐに分割面１２又は金属露出面１５において電極反応を進行させることができる。このことにより、金属空気電池４５の初期特性を向上させることができる。また、新たなアノード８を電解液槽１１に挿入するとき、分割面１２又は金属露出面１５が空気極１０側となるように挿入することができる。このことにより、アノードの電極反応が進行する分割面１２又は金属露出面１５とカソードの電極反応が進行する空気極１０との距離を短くすることができ、発電効率を高くすることができる。
アノード８が備える構造部材２は、集電体として機能する。構造部材２が金属板などの導電性材料からなる場合、電極活物質部３又は金属部１は、構造部材２および支持部材１６を介して外部回路と電気的に接続することができる。このことにより、金属空気電池４５は、電力を出力することができる。
アノード８が図３（ａ）に示したような電池用電極体５から形成される場合又は図１３（ｂ）に示したようなアノード８を用いた場合、アノード８の側部および上部の集電部６が集電体として機能する。また、アノード８の下部の絶縁部７が電解液槽１１の底とアノード８とを絶縁し、短絡電流が流れることを抑制する。
アノード８が図３（ａ）に示したような電池用電極体５から形成される場合又は図１３（ｂ）に示したようなアノード８を用いた場合、アノード８の側部および上部の集電部６が集電体として機能する。また、アノード８の下部の絶縁部７が電解液槽１１の底とアノード８とを絶縁し、短絡電流が流れることを抑制する。
アノード８が図３（ｂ）に示したような電池用電極体５から形成される場合又は図１４（ｂ）に示したようなアノード８を用いた場合、アノード８の側部の集電部６が集電体として機能する。また、アノード８の下部および上部の絶縁部７が電解液槽１１の底および上部とアノード８とを絶縁し、短絡電流が流れることを抑制する。
アノード８が図３（ｃ）に示したような電池用電極体５から形成される場合又は図１５（ｂ）に示したようなアノード８を用いた場合、電極活物質部３又は金属部１の側部表面に接触するように設けられた集電部６が集電体として機能し、アノード８の下部、上部に設けられた絶縁部７および集電部６の外側に設けられた絶縁部７が、電解液槽１１とアノード８とを絶縁し、短絡電流が流れることを抑制する。
アノード８が図３（ｃ）に示したような電池用電極体５から形成される場合又は図１５（ｂ）に示したようなアノード８を用いた場合、電極活物質部３又は金属部１の側部表面に接触するように設けられた集電部６が集電体として機能し、アノード８の下部、上部に設けられた絶縁部７および集電部６の外側に設けられた絶縁部７が、電解液槽１１とアノード８とを絶縁し、短絡電流が流れることを抑制する。
また、構造部材２がアノード８の下部に設けられることにより、電極活物質部３又は金属部１を構成する金属が、電極反応の進行により消費され大きな塊としてアノード８から剥落することを抑制することができる。
なお、ここでは、図５の右側に示したようなアノード８、図１１（ｂ）に示したアノード８などを組み込んだ金属空気電池４５を用いて説明したが、金属空気電池４５に組み込むアノード８は、図６の右側や図７の右側に示したような、分割した電池用電極体を２つ貼り合わせたアノード８を金属空気電池４５に組み込んでもよく、図８の右側に示したような、分割した電池用電極体を４つ貼り合わせたアノード８を金属空気電池４５に組み込んでもよい。また、金属空気電池４５に組み込むアノード８は、分割した電池用電極体を６つ、８つ、１０つ貼り合わせたアノードであってもよい。
なお、ここでは、図５の右側に示したようなアノード８、図１１（ｂ）に示したアノード８などを組み込んだ金属空気電池４５を用いて説明したが、金属空気電池４５に組み込むアノード８は、図６の右側や図７の右側に示したような、分割した電池用電極体を２つ貼り合わせたアノード８を金属空気電池４５に組み込んでもよく、図８の右側に示したような、分割した電池用電極体を４つ貼り合わせたアノード８を金属空気電池４５に組み込んでもよい。また、金属空気電池４５に組み込むアノード８は、分割した電池用電極体を６つ、８つ、１０つ貼り合わせたアノードであってもよい。
４．空気極、イオン交換膜
空気極１０は、大気中の酸素ガスと水と電子から水酸化物イオン（OH-）を生成する電極である。空気極１０は、例えば、導電性の多孔性担体と多孔性担体に担持された空気極触媒からなる。このことにより、空気極触媒上において、酸素ガスと水と電子を共存させることが可能になり、電極反応を進行させることが可能になる。電極反応に使われる水は、大気中から供給されてもよく、電解液から供給されてもよい。
多孔性担体には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
空気極触媒には、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。この合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。
また、空気極１０に含まれる多孔性担体は、その表面に陽イオン基が固定イオンとして存在するように表面処理がなされていてもよい。このことにより、多孔性担体の表面を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
また、空気極１０は、多孔性担体に担持されたアニオン交換樹脂を有してもよい。このことにより、アニオン交換樹脂を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
空気極１０は、大気中の酸素ガスと水と電子から水酸化物イオン（OH-）を生成する電極である。空気極１０は、例えば、導電性の多孔性担体と多孔性担体に担持された空気極触媒からなる。このことにより、空気極触媒上において、酸素ガスと水と電子を共存させることが可能になり、電極反応を進行させることが可能になる。電極反応に使われる水は、大気中から供給されてもよく、電解液から供給されてもよい。
多孔性担体には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
空気極触媒には、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。この合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。
また、空気極１０に含まれる多孔性担体は、その表面に陽イオン基が固定イオンとして存在するように表面処理がなされていてもよい。このことにより、多孔性担体の表面を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
また、空気極１０は、多孔性担体に担持されたアニオン交換樹脂を有してもよい。このことにより、アニオン交換樹脂を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
空気極１０は、大気に直接接するように設けてもよく、空気流路２６に接して設けてもよい。このことにより、空気極１０に酸素ガスを供給することができる。また、空気流路２６を設ける場合、空気流路２６に加湿された空気を流すことにより、空気極１０に酸素ガスと共に水も供給できる。空気流路２６は、例えば、図９又は図２５に示した金属空気電池４５に含まれる集電部材２５に設けることができる。このことにより、空気流路２６を形成することができると共に集電部材２５を介して空気極１０と外部回路とを接続することができ、金属空気電池４５の電力を外部回路に出力することができる。
空気極１０は電解液槽１１に溜める電解液１３に接触するように設けてもよい。このことにより、空気極１０で生成した水酸化物イオンが容易に電解液１３へ移動することができる。また、空気極１０における電極反応に必要な水が電解液１３から空気極１０に供給されやすくなる。
また、空気極１０は、電解液槽１１に溜める電解液１３と接触するイオン交換膜９と接触するように設けてもよい。イオン交換膜９は、アニオン交換膜であってもよい。このことにより、空気極１０で発生した水酸化物イオンがアニオン交換膜を伝導し、電解液へ移動することができる。
イオン交換膜９を設けることにより、空気極１０と電解液１３との間を移動するイオン種を限定することができる。イオン交換膜９がアニオン交換膜である場合、アニオン交換膜は、固定イオンである陽イオン基を有するため、電解液中の陽イオンは空気極１０に伝導することはできない。これに対し、空気極１０で生成した水酸化物イオンは陰イオンであるため、電解液へと伝導することができる。このことにより、金属空気電池４５の電池反応が進行させることができ、かつ、電解液１３中の陽イオンが空気極１０に移動するのを防止することができる。このことにより、空気極１０における金属や炭酸化合物の析出を抑制することができる。
また、空気極１０は、電解液槽１１に溜める電解液１３と接触するイオン交換膜９と接触するように設けてもよい。イオン交換膜９は、アニオン交換膜であってもよい。このことにより、空気極１０で発生した水酸化物イオンがアニオン交換膜を伝導し、電解液へ移動することができる。
イオン交換膜９を設けることにより、空気極１０と電解液１３との間を移動するイオン種を限定することができる。イオン交換膜９がアニオン交換膜である場合、アニオン交換膜は、固定イオンである陽イオン基を有するため、電解液中の陽イオンは空気極１０に伝導することはできない。これに対し、空気極１０で生成した水酸化物イオンは陰イオンであるため、電解液へと伝導することができる。このことにより、金属空気電池４５の電池反応が進行させることができ、かつ、電解液１３中の陽イオンが空気極１０に移動するのを防止することができる。このことにより、空気極１０における金属や炭酸化合物の析出を抑制することができる。
また、イオン交換膜９を設けることにより、電解液に含まれる水が空気極１０に過剰に供給されることを抑制することができる。
イオン交換膜９としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。
空気極１０をイオン交換膜９に接触するように設ける場合、例えば、図９のように、空気極１０をイオン交換膜９の上に形成し、これを電解液槽１１と集電部材２５とで挟むように設けることができる。
イオン交換膜９としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。
空気極１０をイオン交換膜９に接触するように設ける場合、例えば、図９のように、空気極１０をイオン交換膜９の上に形成し、これを電解液槽１１と集電部材２５とで挟むように設けることができる。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ：金属部 ２：構造部材 ２ａ、２ｃ、２ｅ、２ｇ：第１構造部材 ２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈ：第２構造部材 ２ｉ：第３構造部材 ３：電極活物質部 ３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇ：第１電極活物質部 ３ｂ、３ｄ、３ｆ、３ｈ：第２電極活物質部 ４：膜部 ５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ：電池用電極体 ６：集電部 ６ａ：第１集電部 ６ｂ：第２集電部 ７：絶縁部 ７ａ：第１絶縁部 ７ｂ：第２絶縁部 ８：アノード ８ａ：第１アノード ８ｂ：第２アノード ９：イオン交換膜 １０：空気極 １１： 電解液槽 １２：分割面 １２ａ：第１分割面 １２ｂ：第２分割面 １３：電解液 １４：接続端子 １５：金属露出面 １６：支持部材 １７：蓋部材 １８：第１主要面 １９：第２主要面 ２１：カバー部材 ２１ａ：第１カバー部材 ２１ｂ：第２カバー部材 ２１ｃ：第３カバー部材 ２５：集電部材 ２６：空気流路 ２８：スペーサー ３１：ボルト ３２：ナット ４５：金属空気電池
１０１：亜鉛電極 １０３：アルカリ性電解液 １０５：空気極 １０６：アニオン交換膜
１０１：亜鉛電極 １０３：アルカリ性電解液 １０５：空気極 １０６：アニオン交換膜
Claims (24)
- 電極活物質である金属を主成分として含む第１金属部と、第１金属部の表面の一部に接触する第１構造部材と、第１金属部の表面の他の部分に接触する被覆部材とを備え、
第１金属部、第１構造部材および前記被覆部材は、第１金属部に含まれる金属が露出するように、第１構造部材と前記被覆部材との間で第１金属部を分割すること又は前記被覆部材を第１金属部から離脱させることができるように設けられたことを特徴とする電池用電極体。 - 前記被覆部材は、第２構造部材であり、
第１金属部は、第１金属部の内部の金属が露出するように第１および第２電極活物質部へ分割できるように設けられ、
第１構造部材は、第１電極活物質部上に配置されるように設けられ、
第２構造部材は、第２電極活物質部上に配置されるように設けられた請求項１に記載の電池用電極体。 - 第１および第２構造部材は、実質的に第１金属部の表面の全体を覆う請求項２に記載の電池用電極体。
- 第１金属部は、第１および第２主要面が前記金属と接触する膜部を備え、かつ、前記膜部を前記金属から剥がすことにより第１および第２電極活物質部へ分割できるように設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載の電池用電極体。
- 前記被覆部材は、カバー部材であり、
前記カバー部材は、電極表面となる第１金属部の表面の金属が露出するように第１金属部から離脱させることができるように設けられた請求項１に記載の電池用電極体。 - 第１構造部材および前記カバー部材の両方は、実質的に第１金属部の表面の全体を覆う請求項５に記載の電池用電極体。
- 電極活物質である金属を主成分として含む第２金属部をさらに備え、
第１構造部材は、２つの主要面を有し、かつ、一方の主要面が第１金属部の表面の一部に接触し他方の主要面が第２金属部の表面の一部に接触し、
前記カバー部材は、電極表面となる第２金属部の表面に接触し、かつ、第２金属部の表面の金属が露出するように第２金属部から離脱させることができるように設けられた請求項５または６に記載の電池用電極体。 - 第１構造部材および前記カバー部材の両方は、実質的に第２金属部の表面の全体を覆う請求項７に記載の電池用電極体。
- 電極活物質である金属を主成分として含む第２金属部と、第２金属部の表面の一部に接触する第３構造部材とをさらに備え、
前記カバー部材は、電極表面となる第２金属部の表面に接触し、かつ、第２金属部の表面の金属が露出するように第２金属部から離脱させることができるように設けられた請求項５または６に記載の電池用電極体。 - 第３構造部材および前記カバー部材の両方は、実質的に第２金属部の表面の全体を覆う請求項９に記載の電池用電極体。
- 電極活物質である金属を主成分として含む第２金属部と、第２金属部の表面の一部に接触する第３構造部材とをさらに備え、
第１構造部材は、電極表面となる第２金属部の表面に接触し、かつ、第２金属部の表面の金属が露出するように第２金属部から離脱させることができるように設けられた請求項５または６に記載の電池用電極体。 - 第１および第３構造部材の両方は、実質的に第２金属部の表面の全体を覆う請求項１１に記載の電池用電極体。
- 第１構造部材は、導電性材料からなる請求項１〜１２のいずれか１つに記載の電池用電極体。
- 第１構造部材は、第１金属部の表面に接触する導電性の集電部と、絶縁性の絶縁部とを備える請求項１〜１２のいずれか１つに記載の電池用電極体。
- 前記絶縁部は、前記集電部の外側に設けられた請求項１４に記載の電池用電極体。
- 第１構造部材は、接続端子を備える請求項１３〜１５のいずれか１つに記載の電池用電極体。
- 前記金属は、金属亜鉛、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウム、金属鉄、金属リチウムおよび金属ナトリウムのうちいずれか１つである請求項１〜１６のいずれか１つに記載の電池用電極体。
- 請求項２〜４のいずれか１つに記載の電池用電極体を分割することにより得られる第１電極活物質部および第１構造部材を備えるアノード。
- 請求項２〜４のいずれか１つに記載の電池用電極体を分割することにより得られる第１電極活物質部および第１構造部材と、第２電極活物質部および第２構造部材とを備え、
第１構造部材と第２構造部材とが接合するアノード。 - 請求項５〜１２のいずれか１つに記載の電池用電極体から作製したアノードであって、
第１金属部と、第１構造部材とを備え、
第１金属部は、前記カバー部材を第１金属部から離脱させることにより表面の金属を露出させたアノード。 - 請求項９〜１２のいずれか１つに記載の電池用電極体から作製したアノードであって、
第２金属部と、第３構造部材とを備え、
第２金属部は、前記カバー部材または第１構造部材を第２金属部から離脱させることにより表面の金属を露出させたアノード。 - 請求項１８〜２１のいずれか１つに記載のアノードと、電解液を溜める電解液槽と、カソードとなる空気極とを備え、
前記アノードは、前記電解液槽内に挿入することができ、かつ、前記電解液槽内から抜き出すことができるように設けられた金属空気電池。 - 前記アノードは、前記金属を露出させた面が前記空気極側となるように配置される請求項２２に記載の金属空気電池。
- 前記アノードと前記空気極との間に設けられたイオン交換膜をさらに備え、
前記イオン交換膜は、第１主要面が前記電解液槽に溜める電解液に接触し、第２主要面が前記空気極と接触する請求項２２または２３に記載の金属空気電池。
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